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...     

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.     

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.     

C4F7N/CO2二元混合气体雷电冲击绝缘特性研究

SF6替代气体在电力设备中的应用研究越来越广泛,其中氟化腈C4F7N被认为是目前最具潜力实现SF6替代的气体之一.文中结合隔离开关断口结构,研究了C4F7N/CO2二元混合气体的雷电冲击绝缘特性.基于混合气体绝缘试验平台,重点分析了气体种类,电压极性、充气气压、电极距离、C4F7N占比对50％击穿电压的影响规律.试验结...     

准均匀电场下C5F10O/干燥空气与C5F10O/N2的绝缘特性

SF6因优异的电气特性广泛应用于电器绝缘设备中,但其产生的温室效应对大气环境具有极大损害.近年来,C5F10O作为一种环保型SF6潜在替代气体受到国内外科研工作者的关注.为进一步探究C5F10O/干燥空气与C5F10O/N2的绝缘特性,文中利用气体绝缘性能测试平台,对不同气压、不同C5F10O分压下的2种混合气体在准均匀电场下进行工频击穿试验.实验结果表明,C5F10O混合气体绝缘强度随气体压强的增大而增大;提高C5F10O分压亦可提高两类缓冲气体的绝缘强度,且对N2绝缘强度提升相对值大于干燥空气.从绝缘强度考虑,适当增大C5F10O混合气体气压和C5F10O分压,C5F10O/干燥空气比C5F10O/N2混合气体更具潜力替代室内中低压设备中的 SF6.     

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。     

环保型绝缘气体C5F10O/CO2与紫铜的相容性研究

六氟化硫(SF6)具有极佳的绝缘、灭弧特性,但其温室效应对全球环境造成的影响时刻督促着科研工作者们不断寻找其替代气体.行业内对C5F10O/CO2的绝缘以及灭弧能力均有所研究,但对其作为SF6潜在的替代气体与金属材料的相容性方面的报道较少.文中研究了不同故障点温度下C5F10O/CO2与高压电气设备内部常用的紫铜材料的...     

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,...     

c-C4F8/CF4替代SF6可行性的SST实验分析

SF6以其良好的灭弧性能和绝缘特性广泛应用于高压电力设备中,但是随着<京都议定书>的签订及其要求,寻找温室效应指数(GWP)低的SF6替代气体变得越来越迫切,本文用稳态汤生(SST)实验方法探索了c-C4F8/CF4混合气体替代SF6的可行性.文中用SST实验方法测量了c-C4F8/CF4混合气体的电子崩电流I;基于本文改进的SST模型,用非线性最小二乘法拟合出c-C4F8/CF4混合气体的归一化放电参数(归一化电离系数α/N,归一化吸附系数η/N和归一化有效电离系数(α-η)/N);在(α-η)/N～E/N函数关系曲线中,令(α-η)/N=0,得到c-C4F8/CF4混合气体的耐电强度(E/N)lim;将c-C4F8/CF4的(E/N)lim及GWP与SF6的进行了比较,结果表明,c-C4F8/CF4在混合比大于50/50的情况下的(E/N)lim比纯净SF6的约高1.2%～32.6%,而GWP比纯净的SF6的约低63.6%～68.2%,因此c-C4F8/CF4替代SF6可行.     

CO2、SF6以及C4F7N气体电弧特性的仿真对比研究

寻求可替代SF6用于高压电气设备的气体是近年来的研究热点,而C4F7N气体由于具有较好的环保性能和优良的绝缘特性而极具潜力.然而受限于实验成本等原因,现阶段对于其灭弧性能的研究相对较少.通过仿真分析气体电弧行为能够为环保型开关的设计提供重要指导.文中首先分析了C4F7N、CO2和SF63种气体电弧的物性参数及成因,基于...     

电晕放电下C5F10O混合气体的分解特性

C5F10O的绝缘强度高且全球变暖潜能值低,是一种潜在的SF6替代气体,但其分解特性的研究尚少.该文首先基于密度泛函理论对C5F10O的分解路径进行计算,结果表明,C5F10O初步裂解可形成CF3-、F-、C3F7-等自由基,这些自由基经复合或分解反应可最终生成CF4、C2F6、C3F8等氟碳类化合物.随后进行C5F10O/空气与C5F10O/N2混合气体的工频电晕放电实验,采用气相色谱质谱联用技术对分解产物进行定性和定量检测,并分析分解产物的体积分数变化与气体混合比和施加电压之间的关系.实验结果表明:两种混合气体的分解物主要成分为CO、CO2、CF4、C2F6、C3F8、C2F4和C3F6;氟碳类气体总体积分数、CO体积分数及CO2体积分数均与C5F10O混合比例、施加电压正相关.从应用条件和减少分解产物种类与毒性角度考虑,比例为93.5％～96％的空气适合用作C5F10O的缓冲气体.     

环保气体HFO-1336mzz(E)及其混合气体的绝缘性能研究

近年来多种新型环保气体及其混合气体作为潜在的SF6替代气体受到关注,该文提出将HFO-1336mzz(E)作为绝缘介质应用于电力设备中.结合实验测量的饱和蒸气压数据,采用Antoine方程和气液平衡定律结合的方法研究分析了该气体及其混合气体的饱和蒸气压特性,并与C4-PFN和C5-PFK气体进行了对比.基于饱和蒸气压特性确定充气比例,利用脉冲汤逊实验测量了HFO-1336mzz(E)及其混合气体的电子群参数,并依此确定气体的绝缘强度.研究结果表明,当HFO-1336mzz(E)的比例达到60％时,与CO2或干燥空气的混合气体具有接近SF6的绝缘强度.该文的研究结果为新型环保气体HFO-1336mzz(E)的研究和应用提供重要的基础数据及参考.     

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.     

针-板缺陷模型下局部放电量与SF6分解组分的关联特性

为了定量判断气体绝缘组合开关电器(GIS)内金属突出物缺陷所产生局部放电(PD)的严重程度,在自建的SF6放电分解实验平台上,用针-板缺陷模型产生PD使SF6发生放电分解形成特征组分,分别在不同电压等级下进行96h实验,采用气相色谱法对分解组分进行定量测定,同时用50Ω无感电阻检测PD量大小,深入研究了PD量与SF6气体分解组分之间的关联特性,结果表明,针-板缺陷PD下SF6分解可产生CF4、CO2、SO2F2、SOF2等组分,SO2F2和SOF2的体积分数及产气速率与每秒平均放电量Qsec关联性良好,SO2F2和SOF2的体积分数及产气均方速率随Qsec增大而增加,而(SOF2+SO2F2)与(CO2+CF4)的体积分数比值随Qsec近似呈线性增长,CF4与CO2以及SOF2与SO2F2的体积分数比值可作为较大Qsec的辅助判据,因此,可以通过SF6气体组分定量分析来判断GIS设备内部PD的程度。     

新型环保气体在35kV断路器中灭弧性能的仿真与实验研究

高压电力设备中常用的灭弧气体是SF6,其具有良好的灭弧性能和绝缘强度.但是,SF6是一种强温室效应的气体,在将来将被逐渐禁用.因此,研究以氟化腈C4F7N气体为代表的新型环保气体作为SF6的替代气体并分析其灭弧性能,成为了近年的热点问题.电流开断是一种复杂的多物理场耦合过程,研究气体电弧的发展规律对提升断路器的开断能力...     

基于第一性原理计算Ti掺杂MoS2对CF4、C2F6和COF2的吸附性能

近年来,碳氟类环保绝缘气体作为在一定条件下具有潜力替代SF6气体而被广泛关注,其中CF4、C2F6和COF2为碳氟类绝缘气体的3种主要分解产物.文中基于第一性原理探讨分析了以上3种气体在Ti掺杂MoS2上的吸附特性,计算并比较了不同气体分子在吸附时所产生的吸附能、电荷转移量以及态密度等吸附参数.结果显示,Ti-MoS2...     

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。     

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。     

环保绝缘介质C5F10O混合气体体积分数比定量检测

C5F10O混合气体在中低压电压等级电气设备中替代SF6气体作为绝缘介质具有很好的应用前景.因C5F10O的体积分数比对其混合气体的电气性能起到决定性作用,而已有的研究中,C5F10O混合气体大多是采用道尔顿分压法配制,存在配气误差无法确定的问题.该文基于紫外差分光谱法提出快速准确的定量检测C5F10O混合气体体积分数...     

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...