操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体252kV GIL间隙及沿面放电特性

C4F7N/CO2混合气体作为有望在高电压等级气体绝缘输电管道(GIL)中替代SF6的环保绝缘气体被广泛研究.在高电压等级下,操作冲击电压下的介质绝缘特性成为绝缘配合中无法忽略的重要因素,然而现阶段操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体中间隙击穿和沿面闪络特性研究很少.该文通过实验研究操作冲击电压下C4F7N摩尔百分比为5％、9％、13％的C4F7N/CO2混合气体中252kV GIL中间隙和沿面放电特性,并与0.5MPa SF6中的实验结果进行对比.结果表明,放电电压随压强及混合气体C4F7N摩尔百分比升高而上升;放电存在盆式绝缘子凹面侧间隙-沿面闪络和间隙击穿两种形式;0.5MPa 13％C4F7N/87％CO2、0.6MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度达到0.5MPa下SF6绝缘强度的87％以上,而0.7MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度已超过0.5MPa下SF6的绝缘强度.     

高气压下O2对C4F7N/N2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于SF6的大量使用对环境产生的影响巨大,因此替代气体的研究受到了广泛关注.C4F7N混合气体具有优良的绝缘性能和环保特性,有望替代SF6作为绝缘介质应用于气体绝缘设备中.为了减少放电过程中产生的有害固体副产物,需要在C4F7N/N2混合气体中加入一定体积分数的O2.文中探究了C4F7N/N2/O2混合气体应用于高气压...     

C_4F_8/N_2混合气体局部放电特性实验研究

由于SF6气体的温室效应,减少或杜绝SF6气体的使用已成为共识。从局部放电(partial discharge,PD)性能的角度探讨了用C4F8/N2混合气体代替SF6气体用于气体绝缘设备的可行性。通过试验测量C4F8/N2混合气体在不同气压、不同混合比、不同电极距离情形下的局部放电起始电压,得到了这3种因素对混合气体局部放电性能的影响,并与纯SF6气体的局部放电起始电压做了对比。结果表明:纯C4F8气体的局部放电起始电压是纯SF6气体的1.3倍左右;C4F8气体与N2气体具有协同效应,协同系数在0.45左右;C4F8/N2混合气体的局部放电能力与同混合比的SF6/N2混合气体的相似。因此,综合考虑液化温度、环境影响、局部放电性能后,C4F8气体含量在10%～20%的C4F8/N2混合气体有可能替代SF6气体用于气体绝缘设备。     

温度、气压对C4F7N/CO2混合气体局部过热分解特性的影响机制

C4F7N气体被认为是最具潜力替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.目前,国内外对C4F7N-CO2混合气体热稳定性及分解特性的相关研究较少.文中试验研究了C4F7N-CO2混合气体在不同温度、气压条件下的热分解特性.研究发现,0.15 MPa下5％C4F7N-95％CO2混合气体的热分解起始温度为350℃,首先生成C3...     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部过热分解特性实验研究

C4F7N混合气体是目前最具潜力的可替代SF6气体的环保型气体绝缘介质.文中试验研究了氧气和温度对C4F7N/CO2/O2混合气体的局部过热分解特性的影响特性.研究发现,C4F7N/CO2/O2混合气体热分解的主要产物有CF4、C3F8、C3F6、CO、COF2、CF3CN、C2F5CN、C2N2.O2添加量为2％时,...     

典型断口结构下C4F7N/CO2混合气体绝缘特性实验研究与仿真分析

环保C4F7N/CO2混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质.为研究C4F7N/CO2混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距等对气体绝缘性能的影响,通过仿真计算获得了不同断口结构、不同断口开距下的电场强度分布变化.实验与仿真结果表明,隔离断口结构及同轴电极结构下,表压0.4MPa的20％C4F7N+80％CO2混合气体、表压0.5MPa的16.7％C4F7N+83.3％CO2混合气体,绝缘强度均可达到同等气压下纯SF6气体的80％以上.在隔离断口结构下,开距8mm、246kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算断口间的最高电场强度为38.3kV/mm;在同轴电极结构下,间隙10mm、228.5kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算同轴间隙间的最高电场强度为26.8kV/mm.为达到表压0.4MPa、开距6mm下纯SF6气体的绝缘水平,C4F7N/CO2混合气体的压力可增大至0.5MPa或断口距离增大至约8mm.该文最后还对C4F7N/CO2混合气体的电场强度设计基准进行了探讨.实验研究与仿真分析结果验证了C4F7N/CO2混合气体工程应用的可行性,尤其对开关设备中应用C4F7N/CO2混合气体时的绝缘结构设计具有指导意义.     

环保绝缘气体C4F7N研究及应用进展Ⅰ:绝缘及电、热分解特性

目前在中、高压气体绝缘输配电设备中大量使用的SF6是一种极强的温室气体.为实现"2030年碳达峰,2060年碳中和"的减排目标,推进输配电装备制造业清洁低碳转型和绿色发展,开发环保型气体绝缘介质及设备以逐步减少SF6的使用已成为研究热点.近年来,全氟异丁腈(C4F7N)及其混合气体凭借优良的绝缘及环保性能被广泛关注,被认为是极具潜力的SF6替代气体.该系列文章综述了近五年来国内外有关环保绝缘气体C4F7N的主要研究成果.本文综述Ⅰ首先介绍了常见环保绝缘气体基础参数;其次对C4F7N混合气体的绝缘和灭弧特性研究进展进行了总结;最后介绍了C4F7N的电、热分解机理及分解特性,并展望了未来针对绝缘性能及电、热分解特性的研究趋势.     

交流电压下C4F7N/CO2混合气体中线性金属微粒放电特性研究

为了研究环保型气体C4F7N的绝缘性能,本文开展了绝缘子表面线性金属微粒在C4F7N/CO2混合气体下的放电特性实验并结合仿真和理论对实验结果进行了分析。研究结果表明,在0.1MPa气压条件下,C4F7N/CO2混合气体中,绝缘子表面附有金属微粒时,闪络电压会随金属微粒和接地电极之间距离的增加而先增大后减小。分析上述原因,线性金属微粒端部电晕放电产生的空间电荷削弱了空间电场的畸变程度;同时,C4F7N/CO2混合气体分解产生的CF3CN分子是一种高电气强度的物质,也会促使闪络电压升高。绝缘子倾角的变化对C4F7N/CO2混合气体闪络电压的影响要大于对SF6气体闪络电压的影响。绝缘子倾角为90度条件下,C4F7N/CO2混合气体下的闪络为SF6气体下闪络电压的0.96倍,两种气体绝缘性能相当。但C4F7N/CO2混合气体对不均匀电场的敏感性要高于SF6气体,电场不均匀系数由1变化到1.84时,C4F7N/CO2混合气体条件下闪络电压降低约26%。     

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体试验平台搭建及绝缘特性分析

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体是目前最有潜力替代SF6的绝缘介质。基于如何进行C_4F_7N/CO_2混气和工程应用问题,文中结合72.5kV GIS产品中典型隔离断口结构下的试验样机,搭建了混合气体绝缘试验研究平台,研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距对气体绝缘性能的影响,并对比分析了20%C4F7N+80%CO2混合气体与相同试验条件下,纯SF6、纯CO2气体的绝缘特性差异。试验及分析结果表明,C_4F_7N/CO_2混合气体的介质恢复需要一定的时间;纯SF6、CO2及C_4F_7N/CO_23种气体的击穿特性与开距、充气压力近似呈线性变化且均呈升高趋势,但C_4F_7N/CO_2混合气体的上升斜率最大;当开距从5 mm增加至15 mm时,0.2 MPa充气压力下,C_4F_7N/CO_2混合气体50%击穿电压值从65.75kV上升至179.88kV;当充气压力为0.15 MPa时,15 mm电极开距下,C_4F_7N/CO_2混合气体50%击穿电压的比纯SF6高35.45kV。     

均匀电场中SF6及其替代气体雷电冲击特性实验研究

SF6气体因其温室效应所带来的问题被越来越多的人所重视,C5F10O(C5)、C4F7N(C4)及其与Air或CO2的混合气体被认为是目前最具潜力替代SF6的绝缘介质.文中基于搭建的可拆实验装置和平台,以板板、同轴两种典型电极结构,实验研究了均匀电场中SF6及其替代气体雷电冲击特性.结果表明:SF6、C5/Air和C4...     

C3F7CN/CO2混合气体在极不均匀场下的局部放电特性

试验研究了七氟异丁腈(C3F7CN)体积分数为2%～12%的C3F7CN/CO2混合气体的局部放电特性,探究了气压、C3F7CN体积分数等因素对混合气体局部放电特性的影响,并与同等气压条件下的纯SF6气体进行对比。结果表明:在极不均匀场下,混合气体的局部放电起始电压(PDIV)随气压和C3F7CN体积分数的增大呈饱和增长趋势;混合气体相对纯SF6气体的绝缘性能在高气压环境下比低气压环境下弱;C3F7CN气体与CO2气体具有协同效应,协同系数为0.004～0.311。C3F7CN体积分数为4%～6%的混合气体综合性能优异,在各类中高压气体绝缘设备中具有替代SF6气体的潜力,但高气压下混合气体对电场不均匀度的敏感度较差,因此使用该混合气体的电气设备需进一步优化设计。     

改进的击穿模型研究c-C4F8/N2混合气体绝缘性能

从绝缘强度和温室效应指数两方面研究了八氟环丁烷(c-C4F8)混合气体的绝缘性能.建立了改进的c-C4F8及混合气体的电击穿模型,理论计算c-C4F8混合气体在不同气压、不同混合比及不同电极距离下的击穿电压,并与SF6/N2混合气体在相同条件下进行了对比.研究结果表明:理论计算与实验结果相吻合.气体混合比在30%之内时,c-C4F8/N2混合气体绝缘强度非常接近相同混合比的SF6/N2混合气体.综合考虑温室效应指数和绝缘性能,c-C4F8混合气体中,c-C4F8气体含量以10%～20%为宜.     

应用于直流GIL中低混合比c-C_4F_8/N_2混合气体的绝缘特性

目前GIL中使用的气体绝缘介质均为SF6气体。SF6气体虽然具有优异的电气性能,但是全球变暖潜能值(GWP)极高,因此迫切需要找到能够替代SF6的绝缘气体。文中以混合比k(c-C_4F_8在混合气体中的体积分数)低于20%的c-C_4F_8/N_2混合气体为主要研究对象,通过调节气压(0.1~0.65 MPa)和气隙间距(1~7 mm)测量了不同混合比k下混合气体的击穿电压和闪络电压,并与纯SF6气体的击穿电压和闪络电压进行了对比分析。试验结果表明:c-C_4F_8与N2呈协同效应关系;k=20%时,混合气体绝缘击穿强度约为纯SF6气体的0.6倍,绝缘闪络强度约为纯SF6气体的0.7倍,2 h耐受电压比短时闪络电压降低了5%~10%;通过提高c-C_4F_8/N_2混合气体的气体压强或增大绝缘距离可以实现替代SF6的目的。考虑到c-C_4F_8在放电中的碳析出问题,应避免混合气体用于频繁放电的设备中。     

基于傅里叶红外光谱技术的C4F7N/CO2检测

目前广泛使用的绝缘介质SF6产生的温室效应与电力系统对环境友好的要求相矛盾.近期,环保型绝缘介质C4F7N-CO2混合气体被认为具有良好的工程应用前景.由于混合气体的绝缘性能与C4F7N的含量及气体压力密切相关,未来工程应用中的充换气及运维等均需要对混合气体中C4F7N的含量进行检测,以确定混合气体的实际体积分数,目前...     

局部过热下C3F7CN/EP气固绝缘系统劣化特性

C3F7CN/CO2混合气体被认为是当前最具潜力的SF6替代气体.研究局部过热缺陷下环保型气固绝缘系统的劣化特性,可以为环保型气体绝缘电气设备的运维提供参考.该文搭建了局部过热模拟试验平台,开展C3F7CN/EP在不同温度下的劣化试验,获得气体分解产物随温度和时长的变化特性、EP表面物化特性和C3F7CN/EP气固绝缘系统劣化后的电气特性.结果表明:局部过热分解产物主要有CF4、CHF3、CF3CN、C3H3F3、C3F6、C2N2、C2H6、C2F4、C3F8,625℃下局部过热10h后混合气体的击穿电压下降了20.38％;环氧树脂在105℃时不分解,279℃时开始分解,400℃和625℃时完全被破坏,环氧树脂表面发生了C-C、C=C、C-O键的断裂;相比未老化试样,279℃时环氧树脂试样的冲击闪络电压下降了约6.4％;局部过热后主要气体分解产物的相对绝缘强度比C3F7CN略差;基于密度泛函理论(DFT)分析了C3F7CN/EP劣化机理,EP表面的C链在局部高温的作用下断裂,带隙减小,电导率增大,闪络电压下降;提出C3H3F3气体可作为诊断C3F7CN/EP绝缘系统过热分解的特征产物.     

O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于C6F12O具有优良的绝缘性能和环保特性,受到国内外SF6替代气体领域内学者们的广泛关注.为探索C6F12O混合气体应用的最优方案,研究O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响.搭建气体工频击穿试验平台对不同O2混合比、不同气压的C6F12O/CO2混合气体进行工频击穿试验研究,使用气相色谱质谱联...     

SF6替代气体在隔离开关中的开断性能仿真研究

SF6气体由于其优秀的绝缘和灭弧性能而被广泛应用于高压电力开关设备中.但是,SF6是一种强温室效应的气体,因此,研究以氟化腈(C4F7N)气体为代表的新型环保气体作为SF6的替代气体成为了目前高压电器领域的热点问题.文中针对126 kV隔离开关结构,建立了燃弧过程的磁流体动力学模型,采用SF6气体和C4F7N/CO2混...     

c-C4F8及其与N2混合绝缘气体在典型故障时分解生成物的试验分析

氟碳气体由于其温室效益小,同时具有很高的耐电强度,是较好的替代SF6的气体。使用氟碳混合气体作为绝缘介质的气体绝缘开关和变压器,将成为一类新型的环境友好的输变电设备。因此用试验方法研究氟碳气体及其与N2的混合气体在局部过热、局部放电、火花放电及电弧放电等故障下的分解生成物,并对故障生成物的危害性进行了探讨。试验在自建的模型上进行,故障后的生成物使用气相色谱与质谱联用(gas chromatography-mass spectrometry,GC-MS)的方法来检测。试验结果表明:可稳定存在的过热故障下主要生成物为C2F4、C3F6;纯气体放电性故障的主要生成物为CF4、C2F6、C2F4、C3F8、C3F6;混合气体放电性故障另外产生C3F6N2;故障分解生成物毒性很小。根据故障生成物的特点,提出可根据故障生成物组分来区分氟碳气体绝缘电气设备中的过热性故障与放电性故障。     

C4F7N/CO2环保混合气体在去离子栅式负荷开关中的开断特性

环保型C4F7N/CO2混合气体作为SF6的可能替代气体用于电力设备是目前国内外关注的焦点,文中工作的开展是为了探究C4F7N/CO2混合气体在12 kV环网柜中的开断特性.利用饱和蒸气压特性探讨了C4F7N/CO2混合气体在中压环网柜工程应用的混合比选取范围,选取环网柜中常用的金属去离子栅式灭弧结构,在0.15 MP...     

CF3I/N2混合气体局部放电特性实验研究

CF3I气体是SF6气体的一种可能替代,然而其较高的液化温度使其难以用在气体绝缘设备中。为此,将CF3I气体和氮气混合,通过实验研究了压强、电负性气体(CF3I或SF6气体)与混合气体的气压比值(混合比)、电极距离3个因素对CF3I/N2混合气体局部放电起始电压的影响,并与相同情况下SF6/N2混合气体的局部放电起始电压进行了对比。实验结果表明:随着混合比和电极距离的增大,CF3I/N2混合气体与SF6/N2混合气体局放起始电压的比值呈现增长趋势;气压的变化对2种混合气体局放起始电压的影响大致相同;N2能较大程度地改善纯CF3I气体对不均匀电场的敏感程度,且N2体积分数为20%的CF3I/N2混合气体液化温度为-22.35～-18.35°C,其局放起始电压为纯SF6气体的0.7倍左右。因此从局放特性角度看,混合比为20%的CF3I/N2混合气体有可能代替SF6气体被用于气体绝缘设备。