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...     

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...     

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...     

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%。     

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...     

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_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...     

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.     

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...     

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...     

气体绝缘介质C4F7N在Al(110)表面吸附特性的研究

气体绝缘介质C4F7N在电气强度和环保方面表现优异,但对C4F7N气体与材料相容性的研究相对鲜见.金属材料铝(Al)广泛应用于气体绝缘设备,故文中基于密度泛函理论,对C4F7N分子在Al(110)表面进行吸附仿真研究.首先,对C4F7N和Al(110)表面结构进行计算分析,讨论C4F7N在Al(110)表面吸附的初始结...     

环保绝缘气体C4F7N研究及应用进展Ⅱ:相容性、安全性及设备研发

研发新一代环保型气体绝缘设备以推进输配电装备制造业绿色升级,符合构建清洁低碳能源体系的战略需求.该文在环保绝缘气体全氟异丁腈(C4F7N)研究及应用进展Ⅰ的基础上,重点关注与C4F7N应用层面相关特性的研究进展.首先,总结了目前针对C4F7N与金属、非金属材料相容性的研究进展,评估C4F7N气体-固体材料界面稳定性;其次,分析C4F7N及其混合气体生物安全性参数,提出应用安全防护建议;最后,综述目前国内外C4F7N混合气体绝缘输配电设备的研发及应用情况,展望了环保绝缘气体目前存在的主要问题以及未来的发展趋势.     

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.     

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...     

特高压C4F7N/CO2混合气体GIL温度分布

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中绝缘气体热学特性会影响GIL整体绝缘性能.目前,国内外对C4F7N/CO2混合新型环保气体应用于GIL的研究刚刚起步,其热学特性尚不明确.为此对特高压C4F7N/CO2混合气体GIL建立了温...     

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_4F_7N/CO_2混合气体对局部不均匀电场的敏感特性

电亲和性气体的放电电压对不均匀电场分布较敏感,高压电气设备电极表面存在的表面粗糙度效应会凸显,从而降低气体绝缘性能。C_4F_7N/CO_2混合气体是一种有潜力的SF_6替代气体,有必要研究C_4F_7N/CO_2对不均匀电场分布的敏感特性。该文从理论上分析电极表面粗糙引起的局部电场畸变,计算电场畸变程度对C_4F_7N/CO_2绝缘性能的影响,提出采用优异值来评估C_4F_7N/CO_2混合气体对不均匀电场的耐受能力。与SF_6气体对比,发现C_4F_7N/CO_2的优异值随C4F7N含量的降低而增大;当C4F7N体积分数低于20%时,C_4F_7N/CO_2混合气体的优异值比SF_6气体的优异值大。为验证计算结果,制作粗糙电极放电模型进行C_4F_7N/CO_2混合气体和SF_6气体的放电试验,获得了C_4F_7N/CO_2混合气体和SF_6气体的优异值,与计算结果接近。若采用C_4F_7N/CO_2混合气体的设备具有与采用SF_6气体相同的绝缘性能时,分析表明当C4F7N体积分数为4%～20%范围时,SF_6气体绝缘设备中电极表面粗糙度控制值6.3μm的标准适用于C_4F_7N/CO_2混合气体设备。