SF6/N2混合气体在126kV气体绝缘金属封闭开关设备中的应用

在役的大部分气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)使用绝缘性能较好的SF₆气体作为绝缘介质。为实现“双碳”目标,开展绝缘气体的替代研究以控制SF₆气体的使用与排放有助于提升电力设备的环境友好性。为实现SF₆/N₂混合气体在126kV GIS中的应用,首先确定126kV SF₆/N₂混合气体型GIS的基本参数,并通过建立各单元的有限元模型进行仿真计算,验证了设计的可行性。型式试验的顺利通过表明,在维持现有GIS结构的前提下,适当混合比及充气压力的SF₆/N₂混合气体能保证GIS的正常运行。     

基于高分子膜的SF6/N2混合气体分离技术研究

六氟化硫/氮气(SF₆/N₂)混合气体作为六氟化硫(SF₆)替代气体被广泛研究,并已在多个电站GIS设备中进行试点应用。在进行GIS设备维护时,迫切需要高效的分离方法来实现混合气体中SF₆气体的回收。目前常用的混合气体分离技术主要有液化、低温蒸馏、吸附分离等,但由于分离效率低,并不适用于现场SF₆/N₂混合气体的分离回收。文中采用膜分离技术,选取玻璃态聚酰亚胺气体分离膜,测试了不同压力和温度条件下SF₆和N₂的渗透效果,确定了在适宜的温度和压力下,该分离膜的N₂/SF₆分离选择性可以达到39以上,N₂的渗透速率可以达到2.73 GPU以上,具备将SF₆和N₂分离的能力。在此基础上,测试了单级分离膜分离效果,根据测试结果,选择进入分离膜的气体压力为2.00 MPaG、温度为60℃,设计了三级循环膜分离系统,...     

SF6混合绝缘气体的协同效应及其机理研究

为了研究SF₆与不同缓冲气体组成的协同效应,并揭示SF₆混合气体的协同效应机理,首先针对SF₆气体分别与N₂、Air(空气)、CO₂、CF₄和He组成的混合气体,测试了上述混合气体在SF₆摩尔分数0～100%范围下的工频击穿电压,利用Takuma计算公式拟合获得其协同效应系数,发现上述缓冲气体与SF₆协同效应的强弱排序为N₂>Air>CO₂>CF₄>He。然后对比了Takuma计算公式与幂函数经验公式的拟合效果,明确了两种方法的适用性。最后通过气体吸附截面分布和缓冲气体电子能量分布分析了不同缓冲气体与SF₆协同效应的强弱原因,分析结果与试验结果排序一致,证明了分析方法的合理性,为其他类型混合气体的协同效应研究提供参考。     

基于一维电弧模型的SF6混合气体灭弧性能评价

SF₆混合气体是广受关注的SF₆替代气体方案之一。为定量评估SF₆混合气体的灭弧性能,文中采用一维衰减电弧模型和玻尔兹曼方程相结合的方法,将电弧熄灭过程划分为热恢复阶段、弧前介质恢复阶段和弧后介质恢复阶段,分别引入热恢复率、弧前介质恢复率和弧后介质恢复率作为各阶段的评价参数,并计算三者的调和平均数作为综合评价参数,以此来评估SF₆-N₂、SF₆-CO₂、SF₆-CF₄以及SF₆-Air混合气体的灭弧性能。基于上述方法,文中初步探讨SF₆含量、背景气体种类和压强大小对SF₆混合气体灭弧性能的影响。结果表明,随着SF₆含量的减少,混合气体的灭弧性能整体上呈现下降趋势;当SF₆含量为10%～50%时,4种混合气体中SF₆-N₂的灭弧性能最优,其次...     

SF6/N2混合气体绝缘特性的实验研究

目前绝大多数气体绝缘开关设备采用SF₆气体绝缘,SF₆泄漏导致严重的环保问题,人们迫切希望少采用或不采用SF₆气体,以降低对环境的污染。为此,试验研究SF₆和SF₆/N₂混合气体在不同混合比、不同压力以及在不同电场结构下的击穿特性,并与SF₆气体的绝缘性能进行比较,试验结果表明：在N₂中注入20%~30%的SF₆气体后,SF₆/N₂混合气体绝缘性能指标可以达到纯SF₆气体的80%左右,但若继续增加SF₆气体的配比,则其耐电强度上升的幅度明显变慢;此外,试验研究还发现,极不均匀电场会大大降低气体的耐击穿电压强度。试验研究证明了采用SF₆/N₂混合气体代替纯SF₆气体的技术方案的可行性。     

SF6测试尾气回收箱设计与应用

SF₆由于其良好的灭弧、绝缘能力以及稳定的化学性质，而被广泛应用于断路器中，近年来的统计数据表明，SF₆断流器在市场上所占份额正在稳步增长。但SF₆同时也是一种温室气体，一旦SF₆大量排入空气将会对环境造成严重的污染，因此，为了保障SF₆断路器的正常运行，保证设备维护人员的安全，减少SF₆气体对大气的污染，研究开发出一种SF₆绿色回收装置就显得尤为重要。本文为实现在单次SF₆气体试验中，SF₆气体的再回收利用，研究设计了一SF₆新型气体绿色回收装置，该装置能够极大地提高SF₆气体利用率，可有效降低SF₆气体试验工作的废气排放量，还可以实现对SF₆回收装置的自给自足，为SF₆气体回收装置的应用提供了一种新的思路。     

SF6/N2流注放电仿真及协同效应研究

建立反映气体放电过程中粒子运动特性的二维流体模型,采用有限元和通量校正传输法对该模型进行数值求解,计算了50%SF₆+50%N₂在均匀电场下的放电规律,模拟了流注发展过程中粒子密度的分布情况,分析放电过程中带电粒子对均匀电场的影响。搭建气体放电实验平台,测量平板电极下绝缘间隙5 mm时SF₆/N₂混合气体的击穿电压,将SF₆/N₂击穿电压的实测值与折算值进行对比,研究不同混合比、气体压强对SF₆/N₂协同效应的影响。结果表明：随着流注向阳极运动,放电间隙内的电子数密度不断增大;在放电初始阶段,空间电荷对电场的影响很小,随着电荷数量不断增加,空间电场产生明显畸变现象。SF₆/N₂混合气体击穿电压的实验测量值大于折算值,且SF₆含量越高,实测值和折算值越接近。可以看出,SF₆/N₂的协同效应在含有少量SF₆时较明显,而当SF₆含量较高时,混合气体的协同效应减弱。     

SF6气体与环境及高压产品用气量排气量的减少

随着电力系统向大容量、超高压、特高压方向发展,SF₆断路器、GIS组合电器以及SF₆输电管线等都将大量使用SF₆气体。人们对SF₆气体的认识常存在误区,认为SF₆气体对大气环境危害不大,从而在生产、设备安装以及检修的过程当中不注意收集SF₆气体,将其随意排放,以致不同程度对生态环境构成影响甚至威胁。     

SF6放电分解气体组分分析

SF₆气体是GIS中常用的绝缘介质,通过对其分解产物的类型和含量进行分析可以诊断设备内部是否存在故障。本文总结了SF₆放电分解气体组分成分,综述了气相色谱法、检测管法等气体组分分析方法,分析了SF₆放电分解气体组分分析技术的发展趋势。     

252 kV SF6/N2混合气体GIS用三位置隔离开关的设计研究

基于Ansys Workbench对252 kV SF₆/N₂混合气体GIS用三位置隔离开关建立了三维有限元模型,进行了电场强度和应力强度分析。通过三位置隔离开关的绝缘试验和壳体水压破坏试验来验证设计和计算的可靠性,结果表明：SF₆/N₂混合气体三位置隔离开关的最低功能压力为0.58 MPa,设计压力为0.8 MPa。在最低功能压力0.58 MPa(表压)下,三位置隔离开关内部导体的最大电场强度为24.4 kV/mm,绝缘拉杆沿面最大电场为11.1 kV/mm,壳体水压破坏最大主应力强度为251 MPa,全部通过绝缘和水压破坏试验。通过仿真计算驱动产品设计过程,可大大减少试验摸索,加快研发进程,提高试制成功率。     

SF6和环氧树脂在放电条件下的特征气体规律

环氧树脂浇注的盆式绝缘子在SF₆绝缘设备中应用广泛,而盆式绝缘子在放电故障下和SF₆的反应机理尚不明确,环氧树脂对SF₆放电分解机理的影响值得研究。文中旨在通过搭建环氧树脂和SF₆气体的针—板放电模型,研究二者在沿面放电下的分解气体规律。文中用逐步升压法模拟SF₆气体和环氧树脂在5种极间距下的放电情况,检测了CF₄、CO₂、SOF₂、SO₂F₂、SO₂、H₂S和CS₂等7种气体的体积分数,发现放电次数较少时主要成分是SOF₂、CF₄,其次是CO₂和SO₂,而SO₂F₂生成比较微量;放电达一定次数后CS₂、H₂S等气体才逐渐出现,体积...     

基于混合气体热特性的GIL氮气使用配比研究

SF₆/N₂混合气体具有绝缘性能良好、环境效益好等优点,被认为是能替代SF₆的最具发展前景的气体之一,但SF₆/N₂混合气体在不同场景下的混合比问题尚缺乏研究。文中在保证气体绝缘输电线路(GIL)绝缘水平的前提下,建立多物理场耦合计算模型,从混合气体热特性的角度出发,分析不同绝缘气体压强、负载电流和环境温度下SF₆/N₂混合比与GIL温升之间的关系,为GIL在不同场景下选择合适的SF₆/N₂混合比提供依据。结果表明：绝缘气体压强和相同压强下SF₆含量均与GIL温升呈负相关关系;设备的负载电流长期超过3 kA时,建议SF₆含量为40%～60%;设备运行在中低纬度地区时,建议SF₆含量为40%～70%,运行在高纬度地区时,建议SF₆含量为30%～40%。此外,由于设计GIL设备时考虑了安全裕度,因此通常SF<...     

SF6及SF6故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法，而柔性UHF天线传感器基底材料和SF₆及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此，该文通过搭建SF₆及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台，结合GIS实际运行环境温度，开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF₆及其故障分解气体相容性实验研究，利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF₆气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现，聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF₆气体成分造成影响；常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF₆故障分解气体中的SOF₂发生反应，导致SOF     

应用卡尔费休库仑法测定运行SF6气体中的微量水分

SF₆气体微量水分测试是电气设备重要的状态检测试验，现行测试方法的结果存在差异时，需要引入一种辅助判断方法。文中首先介绍了卡尔费休库仑法的技术原理，着重利用不同方法间的比对分析了卡尔费休库仑法测试运行中SF₆气体微量水分的适用性，重点分析了测试过程中的影响因素及应对措施。结果表明：①卡尔费休库伦法的测试误差和重复性满足SF₆气体微量水分测试要求；②进样流速快慢均不利于测试准确性，可将进样流速控制在400～600 mL/min范围内；③保证测试准确性应至少进样3 L，当SF₆气体中水分含量过低则还应适当增加进样量；④故障SF₆气体中HF和H₂S组分性质活泼易影响测试结果，不建议在故障气室上应用卡尔费休库仑法。最后，通过不确定度评定和差异辅助判断，对方法的实际应用进行了验证。     

SF6气体密度状态检测的快速算法

针对SF₆气体密度计算过程复杂的问题,提出了快速判定SF₆气体密度的算法,以220 kV气体绝缘金属封闭开关设备灭弧室外其他气室中SF₆气体密度状态的判定为例,介绍了该算法的基本原理和实现过程,并通过仿真计算比较了本文算法与现有算法的实时性,结果表明,本文算法实现过程简单,实时性大幅提高,可促进大范围、多节点SF₆气体密度状态统一集中检测的数字化电子设备的发展和应用。     

SF6分解物检测在高压直流套管故障诊断中的应用

随着气体绝缘设备在电力系统中的广泛应用,SF₆分解物检测成为电力设备状态评估与故障诊断的有效方法。然而目前的研究大都集中于GIS（气体绝缘开关装置）,在换流站直流穿墙套管和换流变压器阀侧套管方面少有研究。为此,在介绍SF₆气体分解机理和分解物检测技术的基础上,并依据套管分解物检测结果,分析换流站套管SF₆分解物的组分含量及其生成规律。通过2个现场检测套管SF₆分解物异常实例,说明生产现场开展SF₆分解物检测时,应综合实验室检测、电-声-气联合检测及电气试验等手段,并结合历史数据与资料,对异常检测结果进行系统化分析。最后,讨论了SF₆分解物检测技术目前存在的主要问题。     

500 kV SF6断路器复合绝缘套管绝缘介质液化电场研究

为研究复合绝缘子套管中的SF₆气体发生液化对套管内部电场分布的影响,采用电流场有限元法对内部电场进行了求解分析。基于某项目中复合套管参数建立了3D实体模型,假设在重要部位出现液滴进行工频瞬态电场计算,得出整体电场强度分布规律和液滴周围电场强度分布规律。研究发现,轴对称方法不再适用于SF₆液化情况的分析。结果表明,液滴会导致附近电场强度增大,且液滴介电常数越大电场强度越高,电场强度随液滴参数变化最大可能变为原场强的3倍,当液态SF₆的介电常数高且SF₆填充压力低,产生过电压时可能会形成击穿。另外,在地电位屏蔽上发生液化并引起放电的可能性最高,需要额外的加热措施或更换填充气体为SF₆-N₂气体。     

高压断路器中C4F7N/CO2混合气体的开断性能

C₄F₇N/CO₂混合气体是一种潜在的SF₆替代气体，开展其在高压断路器中开断性能的研究，对推动环保输电方式发展、支撑双碳目标实现具有重要的工程意义。基于磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)理论，仿真计算了充有0.6 MPa 5%C₄F₇N/CO₂、10%C₄F₇N/CO₂、15%C₄F₇N/CO₂混合气体和纯SF₆的40.5 kV断路器20 kA短路电流开断过程，分析C₄F₇N混合比例对电弧温度特性、灭弧室气压与喷口气流特性的影响规律，并与纯SF₆进行比较。研究结果表明：与混合气体相比，SF₆气体电弧具有更高的弧芯温度和更小的电弧半径，随着C₄F...     

变电检修中高压SF6断路器的常见故障及对策

在电力公司长久化的发展过程中,为检修改造作业的开展提供了支持,通过对变电环节的全面检修,结合高压SF₆断路器的常见故障予以综合考虑,结合维护检修作业的实际情况,基于关键内容的角度,对SF₆断路器运行模式予以整改,使其能够处于正常运行状态,形成稳定、安全的电网运行环境,保障用电模式的实效性。在使用SF₆断路器时,由于具有优良的断电性能,使SF₆气体能够与空气之间产生作用,提供产生负离子,并且突出了SF₆断路器优良的绝缘性能。提供分析SF₆断路器的常见故障,提出有效的检修处理措施,加大对断路器的维护力度,使其能够在变电检修作业中得到充分使用,促进电网运行安全系数的提升。     

SF6绝缘套管类设备中气体检测及运行维护

对SF₆绝缘套管类设备中气体进行检测分析有利于确保设备的安全运行。分析了SF₆绝缘套管类设备中典型放电性故障特征以及气体分解机理,并通过气体检测及现场实例分析,提出了对SF₆绝缘套管类设备的运行维护建议。