SF_6/N_2混合气体用于GIS母线的研究与应用

GIS母线使用SF_6/N_2混合气体主要考虑气体的绝缘性能,已有研究成果表明,使用SF_6/N_2混合气体替代纯SF_6气体可显著降低SF_6使用量,在不降低绝缘性能的前提下减少温室气体使用量,但国内尚未在GIS上进行工程应用。国家电网公司响应国家节能减排号召,组织开展了SF_6/N_2混合气体用于GIS母线的研究工作,包括混合比、在运GIS母线替换为SF_6/N_2混合气体的适应性研究等,确定了SF_6/N_2混合气体GIS母线可采用统一的30%混合比,多个产品已通过型式试验和新产品技术鉴定,并在8座变电站开展了工程试用,为实现混合气体在GIS母线的推广应用奠定基础。     

SF_6/N_2混合气体的126kV GIS母线的研制

母线是GIS设备的主要导电回路,设计具有高参数、高性能的母线结构是保证特高压GIS设备可靠运行的基础。现在大部分的GIS母线在使用绝缘性能较好的SF_6气体作为绝缘介质。介绍了126 kV GIS用SF_6/N_2混合气体母线的相关参数、气体混合比的选择及环境经济效益,对混合气体母线的绝缘性能和温升性能进行了详细的分析计算,型式试验的顺利通过验证了SF_6/N_2混合气体母线的可靠性。     

SF_6/N_2混合气体用于GIS可能性探讨

本文给出SF_6/N_2和SF_6/CO_2混合气体的相对耐电强度的实验数据。实验表明,电极表面粗糙但无突出物时,SF_6/N_2优于SF_6/CO_2。50/50的SF_6/N_2混合气体的相对耐电强度可按0.9估算。     

电气设备中SF_6-N_2混合绝缘气体回收关键技术的研究

电气设备中SF_6-N_2混合绝缘气体已在中国寒冷地区应用较多,因其较低的液化温度,导致现有气体回收技术难以实现SF_6-N_2混合绝缘气体的高效、快速回收。为解决上述难题,文中介绍了一种两级膜分离回收技术,可高效快速分离混合气中SF_6和N_2,获得的产品气中SF_6气体体积分数(V/V)达90%,借助后续压缩、制冷单元可实现50 m3/h混合气的快速灌装;同时文中也借助膜分离技术实现了尾气中微量SF_6气体富集回收,富集后的SF_6气体体积分数(V/V)达92%,且排空的混合气中SF_6气体积分数(V/V)为600μL/L,远低于国标值。因此,该系统可高效快速回收SF_6-N_2混合绝缘气体,且排放的尾气符合国标要求,解决了实际生产中存在的难题。     

SF_6-N_2的介电强度和灭弧特性

一、前言SF_6是一种良好的绝缘和灭弧介质,用于电力设备已有40多年的历史,特别是六十年代以来,在对高压大容量断路器的改型换代方面发挥了极其重要的作用。近代较为先进的超高压金属全封闭式组合电器就是以它作为绝缘和灭弧介质而发展起来的。它能使户外式高压电     

关于N_2／SF_6混合气体的研究

国际大电网会议(CIGRE)组成特别工作组(TASK:FORCE D1．03．10),研究了N2／SF6混合气体的绝缘性能及其使用方法,特别在气体绝缘输电管线(GIL)的使用。研究的目的,一方面减少对温室效应的影响,二是使用混合气体可降低费用,这特别对用气量大的GIL很重要。     

SF_6/空气混合气体用于C—GIS的研究

实验表明,在SF_6中加入10％的空气可明显提高在极不均匀电场中的雷电冲击击穿电压。因此在气体绝缘开关柜中采用混合比为90/10的SF_6/空气混合气体,可望使开关柜尺寸进一步缩小。     

SF_6绝缘电流互感器SF_6/N_2混合气体替代技术研究

SF_6绝缘电流互感器是广泛应用的电力设备,其气体用量巨大,是SF_6气体替代或减量应用的重要领域。为此,研究SF_6/N_2混合气体替代技术具有重要意义。文中提出了针对SF_6电流互感器进行混合气体改造的技术方案,并开展了理论分析、关键部件研制、绝缘性能试验和实际挂网运行校验,同时对该改造技术的可行性进行了探索。研究表明,两种气体混合比例(20%SF_6/80%N_2与30%SF_6/70%N_2)的电流互感器均通过了工频耐压试验和雷电冲击耐压试验,SF_6/N_2混合气体替代技术现场可行。文中研究成果对于SF_6/N_2混合气体绝缘电流互感器技术发展和推广具有重要意义。     

SF_6及SF_6混合气体火花放电生成物分析

采用质谱分析和红外光谱吸收分析的方法,分析了SF_6以及SF_6/N_2,SF_6/空气混合气体火花放电前后的成分,测得了放电后生成的物质,并讨论了放电生成物形成的理机。     

330 kV SF_6/N_2混合气体介质绝缘母线的紧凑化设计

为实现气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)母线小型化、紧凑化和环保化,开展了混合气体介质条件下330kV GIS母线紧凑化设计研究。首先根据小型化原则确定母线结构为三相共箱式,利用已有的SF_6/N_2混合气体研究结合工程应用试点经验,确定了SF_6/N_2混合气体的混合比,并提出了SF_6/N_2混合气体的绝缘击穿判据。在此基础上建立了考虑通流损耗、气体流动及重力等多物理场耦合的绝缘裕度计算模型。为了精确的求解,考虑了混合气体的协同效应对材料物性参数的影响,采用Aspen软件计算了混合气体物性参数并拟合出其随温度变化的规律。为得到最优紧凑化母线结构,定义了紧凑化系数,采用参数化设计的方法得到绝缘裕度随紧凑化系数的变化规律。研究结果表明,提出的紧凑化原则能有效指导共箱式母线尺寸设计,设计得到的SF_6/N_2混合气体介质条件下330kV三相共箱GIS母线在正常运行状态下的绝缘水平满足要求。最紧凑化尺寸下可将母线体积减小37%,SF_6气体用量减少80%。     

SF_6—CO_2混合气体的绝缘强度

研究表明,虽然SF_6—CO_2混合气体在均匀电场中的击穿强度稍逊于同样混合比的SF_6—N_2混合气体,但在不均匀电场中的击穿强度、特别是在雷电冲击电压下的击穿强度,却优于SF_6—N_2.此外,SF_6—CO_2在气膜复合绝缘中的局部放电特性也优于SF_6—N_2混合气体.     

SF_6/N_2混合气体微观电弧特性研究

氮气(N_2)易获取、无污染、在不均匀电场下有很高的稳定性等特点,采用SF_6/N_2混合气体替代有强温室效应的六氟化硫(SF_6)气体逐渐成为研究的热点,并且在部分电气设备中已经有所应用。本文以气体动力学方程为基础,考虑了带电粒子的碰撞,仿真得到SF_6/N_2混合气体电弧形成过程及其中微观电子密度的时变规律,并分析了混合气体组分对电弧形成过程的影响,从微观上加深了对SF_6/N_2混合气体特性的认识。     

N_2/SF_6混合气体的绝缘特性

为了探讨 N_2/SF_6混合气体代替纯SF_6气体作为气体绝缘输电管道绝缘介质的可行性,通过对低含量SF_6混合气体在不同混合比和压力下的工频及操作冲击耐电强度试验,分析了混合气体的绝缘特性。研究结果表明:在不改变现有输电管道结构和尺寸的情况下,可适当增加低含量SF_6混合气体的压强来保证输电管道的绝缘强度。     

SF_6及其混合气体绝缘特性的研究

本文概括了近几年来SF_6及混合气体绝缘特性与理论研究的发展状况,介绍了单一气体及混合气体的介电辑性和高介电强度混合气体的设计原则,并指出了需要解决的问题和研究方向     

SF_6-CO_2和SF_6-CF_4混合气体断路器的喷口压力特性

CO_2和CF_4气体物理化学性能稳定,液化温度低,灭弧能力强,作为潜在的SF_6替代气体引起了广泛的关注。断路器开断故障电弧过程中的喷口压力特性对气体灭弧性能和断路器结构的优化设计等都具有重要意义。为此基于一台126 k V压气式断路器模型,通过实验研究了不同体积分数混合比例下SF_6-CO_2和SF_6-CF_4混合气体中灭弧室喷口压力的变化特性。结果表明,SF_6-CF_4混合气体的喷口监测点压力增幅Δppeak和电流零点时刻的压力增量ΔpCZ均明显高于SF_6-CO_2混合气体,气吹电弧作用更强;两种混合气体测量点处的压力增幅Δppeak均随SF_6体积分数增加而增大,SF_6-CO_2混合气体电流零点处的压力增量ΔpCZ随SF_6体积分数增加也明显增大,而SF_6-CF_4混合气体ΔpCZ的变化较小;此外,喷口压力的建立情况对断路器热开断能力有较为重要的作用。     

热态SF_6/N_2混合气体击穿特性研究

研究了热态SF_6/N_2混合气体的电击穿特性。在局部热力学和化学平衡假设下,采用质量作用定律法,计算压强0.01～2.00 MPa、温度300～4 000 K范围内的SF_6/N_2电弧等离子体各组分的摩尔分数,分析电弧熄灭过程热态SF_6/N_2电弧等离子体各粒子组分随温度和压强的变化过程。采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,得到了不同折合电场下热态SF_6/N_2混合气体的电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到了热态SF_6/N_2混合气体的折合击穿场强(E/N)_(cr)。研究表明:SF_6/N_2混合气体的折合击穿场强(E/N)_(cr)随着电弧等离子体温度的降低而增大,其增大的速率主要与混合气体中SF_6的分解复合特性有关,增大气压可有效抑制SF_6在高温下的分解速度,加速电弧等离子体各粒子的复合过程,从而提高SF_6/N_2混合气体的(E/N)_(cr);40%SF_6/60%N_2和30%SF_6/70%N_2混合气体在2 000～3 500 K高温范围内的(E/N)_(cr)分别至少高出相同条件下纯SF_63 Td和6 Td;2 000 K温度以下,随着SF_6的大量复合,混合气体折合击穿场强(E/N)_(cr)快速增强,SF_6含量越多增强速率越大,但仍低于相同条件下纯SF_6的(E/N)_(cr)。研究结果可为解决高压SF_6/N_2混合气体断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。     

SF_6混合气体灭弧介质的选择

首先考察了16种常用气体构成的SF_6混合气体。通过分析其液化温度、介电强度、电弧产物的毒性及腐蚀性、热物理性质和传输特性以及价格成本,认为SF_6/N_2混合气体可以代替纯SF_6做为GCB(气体断路器)在低温环境下的灭弧介质。之后,研究了SF_6/N_2的开断特性。研究结果证明,SF_6/N_2混合气体具有较好的开断特性。     

1100kV GIS用SF_6断路器的研究开发

开发1 100 kV GIS用特高压断路器对于1 000 kV特高压电网的建设具有重要意义。文中介绍了新东北电气自主研发的1 100 kV SF6断路器的技术结构特点和技术参数。对1 100 kV特高压断路器断口并联电容值的选择、对主灭弧装置的绝缘性能、开断性能、对合闸电阻开关的绝缘性能、动作原理及合闸电阻的绝缘性能、热容量等关键技术进行了计算分析。对1 100 kV特高压断路器的型式试验进行了介绍。1 100 kV特高压断路器的成功研制,标志着中国特高压开关设备的自主研发水平达到了一个新的高度。     

SF_6混合气体在开关设备中的应用

介绍了SF6气体具有优良的灭弧和绝缘性能,但SF6气体是一种公认的温室气体,在全球减排温室气体的前提下,为减少SF6气体的使用,开关设备行业开始采用SF6混合气体做为设备的绝缘和灭弧介质。本文同时介绍了SF6混合气体的比例选择、绝缘性能、灭弧机理、气体回收方法等。     

SF_6/N_2和SF_6/CF_4混合气体放电参数计算分析

为研究SF_6混合气体的放电参数特性,文中通过两项近似求解Boltzmann方程得到温度为300 K,不同混合比下SF_6/N_2、SF_6/CF_4的电子能量分布函数(EEDF)、折合电离系数α/N、折合吸附系数η/N和折合有效电离系数(α-η)/N,与其他文献结果对比,验证了该计算方法与放电参数的有效性。结果表明:SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体都随折合场强E/N增大时,在较低电子能量区域的EEDF减小而在较高电子能量区域的EEDF增大,且SF_6/N_2混合气体在电子能量为3 e V附近存在EEDF的骤降现象,该现象与N_2的碰撞参数截面有关,而SF_6/CF_4混合气体不存在此现象;此外,SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体随着折合场强E/N增大,折合电离系数α/N显著增大、折合吸附系数η/N减小,最终折合有效电离反应系数(α-η)/N也均随之增加。