SF_6/N_2混合气体1100 kV GIL产品研制及应用

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF_6使用量较大,由于SF_6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF_6/N_2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100 kV GIL的SF_6/N_2混合气体压力及混合比,研制了1 100 kV GIL样机,并进行了绝缘、温升试验研究,试验结果与仿真一致:混合气体压力不变的条件下,气体的绝缘强度随SF_6比例的增加而增大,GIL导体、触指温升随SF_6比例的增加而降低,壳体温升与混合气体中SF_6比例的关系不大;在相同绝缘耐受场强条件下,SF6/N_2混合气体压力与纯SF_6气体压力成正相关关系,且混合气体中SF_6比例越低,气体压力增加的幅度越大。研制的SF6/N_2混合气体绝缘1 100 kV GIL样机通过型式试验及长期带电运行试验,验证了产品长期带电运行的可靠性。     

1100 kV SF_6/N_2 GIL研究

正GIL是实现特高电压、大电流、长距离输电的一种重要的电能输送设备。用SF_6/N_2混合气体取代纯SF_6气体作为GIL绝缘介质,具有深远的社会环保意义。从气体放电理论出发对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了深入研究,研究结果表明,混合比例为0.2∶0.8的SF_6/N_2混合气体绝缘强度为相同气体压力纯SF_6气体     

0.1～0.25 MPa气压下SF_6、CF_3I及其二元三元混合气体的击穿特性

气体绝缘输电管道作为一种新型输电方式,具有在未来替代架空线路和电缆被用于直流配电网络的可能性,而寻找其内部气体绝缘物质SF_6的替代气体一直是国内外学者研究的热点。为此研究了0.1~0.25 MPa气压范围内,SF_6、CF3I、N_2及CO_2组成的二元、三元混合气体在负极性直流电场下的击穿特性。实验结果表明:同气压的CF3I/N_2二元混合气体的直流击穿场强低于相同比例的SF_6/N_2二元混合气体;相同气压下,SF_6/CF3I/N_2(体积比1:2:7)三元混合气体击穿场强与CF3I/N_2(体积比3:7)二元混合气体相当,略高于SF_6/CF3I/CO_2(体积比1:2:7)三元混合气体。综合气体的击穿特性、GWP和露点温度3个方面,发现2:8和3:7两种体积比例的CF3I/N_2二元混合气体可完全替代SF_6气体应用于直流配电网气体绝缘输电管道。     

c-C_4F_8及其与N_2混合气体传热性能研究

氟碳气体c-C_4F_8温室效应小,耐电强度高,是一种良好的SF_6替代气体。使用氟碳气体与N_2的混合气体作为绝缘介质的气体绝缘开关,将成为一类新型的环境友好的设备。文中以管道输电模型为研究平台,通过散热分析结合实验测量的方法研究了0.1、0.25 MPa两种气压下氟碳气体、20%氟碳气体与80%N_2混合气体的散热性能并与N_2、SF_6散热性能进行比较。结果显示对于同一气体介质气压升高,气体综合传热系数增大,传热性能变好;对于不同的气体介质,气体综合传热系数大小排序有:SF_6≈c-C_4F_8c-C_4F_8/N_2N_2,但在管道输电模型下不同气体综合传热系数的差别对传热总量的影响较小,因而可认为这几种气体的传热性能相差不大。     

直流电场下C_4F_7N/CO_2与SF_6/N_2混合气体中铝质球形自由微粒放电敏感度对比分析

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)充SF_6混合气体或SF_6替代气体时,其绝缘性能将受到自由金属微粒的影响。本文重点针对C_4F_7N/CO_2以及SF_6/N_2混合气体,开展绝缘强度的影响分析。选用的实验气体组份为:C_4F_7N/CO_2(4%/96%)、SF_6/N_2(其中SF_6比例分别为20%、30%、50%和70%)以及纯SF_6气体,在球-碗电极直流电场下,开展微粒影响下的气隙击穿实验。提出微粒放电敏感度(DSP)的概念及定义,用以评估不同组分气体绝缘强度对金属微粒导致的局部电场强度剧变的敏感程度。实验结果表明,在0.1~0.5MPa气压范围内,不存在微粒时,4%C_4F_7N/96%CO_2绝缘强度与30%SF_6/70%N2混合气体相当;存在微粒影响时,4%C_4F_7N/96%CO_2混合气体的DSP值低于30%SF_6/70%N2混合气体的,而高于20%SF_6/80%N2混合气体的,且放电电流呈现双峰值特征。C_4F_7N/CO_2混合气体具有绝缘强度高、对微粒放电敏感度低的特性,这与C_4F_7N具有强电负性和高吸附系数有关。本文还结合微粒运动触发放电的物理模型,阐明了气隙击穿电流出现双峰特征的原因。     

“交流环保型管道输电技术”专题征稿启事

正交流管道输电是解决特殊地理条件输电瓶颈的重要方式,虽然我国已研制出SF_6气体绝缘1 000kV输电管道(GIL),但因SF_6已被列入国际禁排的温室气体,且SF_6在电气设备中大量使用,开发替代SF_6的环保气体及采用环保气体的GIL迫在眉睫。为促进环保型气体绝缘输电管道技术的发展,《电工技术学报》(EI核心期刊)特邀中国电力科学研究院高克利(教授级高工)作为专题特约主编组织"交流环保型管道输电技术"专题,诚邀从事环保绝缘气     

SF_6替代气体技术及其在GIL中的应用与发展

该文从SF_6替代气体技术的发展入手,总结了国内外在SF_6混合气体和新型环保绝缘介质的相关研究。在此基础上,回顾了气体绝缘输电管道的发展以及SF_6替代气体技术在GIL中的应用。结合最近的SF_6替代气体和GIL技术的发展近况,分析和探讨了GIL应用的相关问题。从GIL发展的历史可以看出,随着SF_6/N_2混合气体技术的不断成熟,第二代GIL(即SF_6/N_2混合气体的GIL)获得了成功的商业应用。新型环保绝缘介质一直处于积极探索之中,Alstom公司和ABB公司推出的C4 FK和C5 FK引起了广泛关注。虽然Alstom公司在420 k V的GIL上进行了C4 FK混合气体的性能测试,但由于其温升特性较差仍较难用于GIL中。因此,新型环保绝缘介质的GIL仍处在实验室研究阶段。但是,随着新型环保绝缘介质研究力度的不断增强以及GIL工程建设的不断发展,环境友好型气体将有可能取代SF_6/N_2混合气体作为绝缘介质从而开启第三代GIL的时代。     

用于气体绝缘输电线路的CF_3I及其混合气体的散热能力分析

由于SF_6气体温室效应严重,因此亟需找到一种能够替代SF_6气体的环保型绝缘气体。利用传统解析法,对不同气压下充有不同体积分数CF_3I气体的CF_3I-N_2及CF_3I-CO_2混合气体绝缘的气体绝缘输电线路(GIL)的导体温度和外壳温度进行了计算,并与同等条件下采用SF_6气体以及含20%体积分数SF_6气体的SF_6/N_2混合气体的情况进行了对比,分析了CF_3I及其混合气体的散热性能。结果表明:同等条件下,CF_3I-N_2混合气体的散热能力优于CF_3I-CO_2混合气体。而含30%~80%体积分数CF_3I气体的混合气体的散热能力也优于已经广泛应用的SF_6及20%SF_6与80%N_2的混合气体,最高可达到纯SF_6气体的1.05倍以及20%SF_6与80%N_2混合气体的1.1倍。综合考虑绝缘特性、散热特性和液化温度等多方面因素,CF_3I气体体积分数为20%~30%的CF_3I/N_2混合气体可以在一定条件下用作GIL中的绝缘介质。     

应用SF_6与N_2混合气体的气体绝缘封闭开关壳体压力与电场强度研究

分析了在气体绝缘封闭开关中使用SF_6与N_2混合气体后,SF_6气体的含量对介电性能的影响。基于不同的SF_6与N_2混合比例,通过计算与试验研究了气体绝缘封闭开关的壳体压力与电场强度,确认在静态模块中,气体绝缘封闭开关可以采用SF_6与N_2混合气体代替原有的100%SF_6气体。     

SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压与绝缘特性计算

为分析SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压与绝缘特性,进而探讨SF_6/CF_4混合气体替代SF_6气体应用于高寒地区的可行性。首先,采用全局最优化算法拟合得到了SF_6和CF_4的Antoine特性常数,然后通过Antoine蒸汽压方程和汽液平衡基本定律相结合,计算了SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压特性。然后,基于Boltzmann解析法获得了SF_6/CF_4混合气体的临界击穿场强数据。最后,综合SF_6/CF_4混合气体的饱和蒸气压特性与临界击穿场强数据,讨论了SF_6/CF_4混合气体的绝缘特性及在高寒地区应用的可行性。结果表明:在低温条件下,SF_6/CF_4混合气体所允许的压力明显高于纯SF_6,从而可以获得较纯SF_6更高的绝缘强度,如–40℃时摩尔分数50%SF_6/50%CF_4混合气体和SF_6气体的饱和蒸气压分别约为0.64 MPa和0.35 MPa,相应压力下的临界击穿场强分别约为43.5 k V/mm和31.34 k V/mm,即50%SF_6/50%CF_4混合气体的绝缘强度可以达到纯SF_6气体的1.4倍,说明SF_6/CF_4混合气体采用恰当的混合比例和充气压力能够有效解决SF_6在高寒地区的液化问题。     

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。     

The influence of the dielectric strength of the N/sub 2//SF/sub 6/-insulation by conducting particle on the spacer surface

This paper investigates the dielectric properties of various N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures based upon a cylindrical spacer model with adhering particle on the surface tinder homogeneous field conditions. The investigation involves a comparison with pure SF/sub 6/. The flashover field strength for clean and particle contaminated spacer surface under AC and LI stress is determined. The results of the investigations show the sensitivity of N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures to conducting particles on spacer surfaces for gas pressures up to 800 kPa. Moreover, the correspondence between pure SF/sub 6/ at pressure range from 100 to 400 kPa and N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures for AC and lightning impulse (LI) flashover field strength range from 50 to 178 kV/cm is determined. Conclusions are drawn about the ability of SF/sub 6/ gas mixtures to serve as technically efficient media for GIS/GITL. The results shed light on the issue of the SF/sub 6/ reduction and particle detectability in GIS/GITL.     

不均匀电场下CF_3I/N_2混合气体工频击穿特性试验

从工频击穿性能的角度探讨CF_3I/N_2混合气体替代SF6气体用于气体绝缘设备的可能性。通过工频击穿试验探究气压、混合比和电极间距三种因素对CF_3I/N_2混合气体工频击穿电压的影响,并与相同条件下的SF6/N2混合气体进行对比分析,提出使用协同效应指数C值判定混合气体协同效应类型及协同效应强弱的定量分析方法。结果表明,随着混合比、气压的升高,CF_3I/N_2混合气体工频击穿性能逐渐接近SF6气体,较高气压下的CF_3I/N_2混合气体更具有应用潜力。CF_3I/N_2混合气体工频击穿电压呈正协同效应,而且CF3I气体具有优良的自恢复绝缘性能。综合考虑工频击穿性能、液化温度和环境影响三种因素,在特定的场合下,CF3I含量为20%~50%的CF_3I/N_2混合气体有可能替代SF6气体用于气体绝缘设备。     

准均匀电场下C5F10O/干燥空气与C5F10O/N2的绝缘特性

SF_6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,C_5F_(10)O作为一种环保型SF_6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C_5F_(10)O/干燥空气与C_5F_(10)O/N_2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C_5F_(10)O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,C_5F_(10)O混合气体绝缘强度随气体压强的增大而增大;提高C_5F_(10)O分压亦可提高两类缓冲气体的绝缘强度,且对N_2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C_5F_(10)O混合气体气压和C_5F_(10)O分压,C_5F_(10)O/干燥空气比C_5F_(10)O/N_2混合气体更具潜力替代室内中低压设备中的SF_6。     

SF_6/N_2混合气体灭弧室中气流特性的计算分析

以能量平衡方程为基础,建立了分析压气式SF_6断路器灭弧室喷口气流场的数学模型,在不同比例的SF_6/N_2混合气体条件下,对上游区(压气缸)气体压力和温度以及喷口喉道内的气流量进行了数值计算,通过改变混合比、基压、喷口直径和下游扩张角等参数进行大量计算,最终达到了混合气体条件下产生及维持与纯SF_6气体接近或相同的SF_6质量流量的目的,以确保所需的灭弧能力,     

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%。     

特高压输变电系统中GIS气体放电特性

为掌握特高压输变电系统中GIS气体的放电特性,初步分析了SF6及SF6/N2混合气体在特高压GIS系统中的放电特性,特别是放电特性的非线性程度,以及放电特性和电场强度之间的关系。分析结果表明,间隙放电电压>1800kV时,雷电冲击过电压和操作过电压会出现非线性,特别是操作过电压,当电压>2000kV时非线性更加明显,GIS电气强度不再随气体压力增加而线性增加,电气强度增加趋于饱和。SF6/N2混合气体中SF6含量较低时,混合气体的液化温度降低,使GIS在较高气体压力下适用于高寒地区。SF6/N2混合气体还能降低纯SF6气体放电电压对电场不均匀、金属颗粒及电极表面粗糙度等的敏感性,具有良好的应用前景。     

Toepler's spark law in a GIS with compressed SF/sub 6/-N/sub 2/ mixture

This paper deals with the experimental measurements and analysis of the formative time lags to breakdown and an estimation of the Toepler's constant for gas gaps, under the application of 50 Hz AC voltage. The experiments were carried out in a 145 kV gas insulated system (GIS) bus duct with pure N/sub 2/, pure SF/sub 6/ and SF/sub 6/-N/sub 2/ mixture as insulating media. The formative time lags to breakdown in the gas gaps were measured using a fast response capacitive sensor. Toepler's spark law has been used to explain the breakdown phenomenon in the GIS and the values of Toepler's constant (k/sub t/), which gives an estimation of the formative time lags, were determined. Results show that the formative time lags vary inversely with gas pressure and the gas mixture concentrations for two gaps studied (0.46 mm and 0.61 mm). In the case of another gap (0.20 mm), the variation in the formative time lags with pressure as well as SE, concentration in the mixture has been found to be negligibly small between gas mixtures, although significant variation can be seen between pure SF/sub 6/ and pure N/sub 2/. Toepler's constant, k/sub t/, increases with gas pressure as well as SF/sub 6/ concentration in the mixture for the gaps studied. Hence, k/sub t/ is a function of the gas pressure and the concentrations of SF/sub 6/ in the gas mixture for the above-mentioned gaps.     

SF6/N2混合气体流注放电二维动力学模型的计算机仿真

使用流体连续方程对SF6/N2混合气体放电过程进行建模,并采用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport,FCT)首次实现了低SF6含量的SF6/N2二维流体模型的求解。结果表明,SF6/N2放电过程可分为电子崩和流注两个阶段;正负电荷分离后使得间隙电场发生了畸变,并导致等离子体更快地向两极发展;光电离对负流注的形成与发展造成了很大的影响。     

0.1～0.25MPa气压下二元混合气体SF6-N2和SF6-CO2的击穿特性

柜式气体绝缘开关设备(cubicle gas insulatedswitchgear,C-GIS)由于其全可靠性能高、小型化等特点在电力系统中得到广泛的应用。但由于C-GIS开关柜的主要绝缘介质SF6气体具有较强的温室效应,且其成本较高,迫切需要减少或不用SF6气体。针对C-GIS开关柜较低的气压条件,探讨SF6混合气体替代SF6的可行性。采用圆形平板电极模拟均匀场,研究均匀场、较低气压(0.1~0.25 MPa)下SF6与N2、CO2两种气体的二元混合气体在不同配比、不同电压形式(工频和负极性雷电冲击)作用下的击穿特性。试验结果表明,气压在0.25 MPa以下时,适当增大SF6混合气体的压强可以使其达到纯SF6相同的绝缘强度,为新型C-GIS开关柜的设计制造提供了关键的试验依据。