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。     

550kV SF_6/N_2充气母线绝缘性能研究

由于SF6气体的温室效应,减少SF6气体的使用具有深远的社会意义,用SF6/N2混合气体取代纯SF6气体作为高压电器设备的绝缘介质是减少使用SF6气体的有效措施。介绍了SF6/N2混合气体的优点。从气体放电理论出发,对不同比例SF6/N2混合气体的绝缘性能进行了分析,结果表明:SF6体积分数仅为20%的SF6/N2混合气体击穿强度为相同气体压力纯SF6的70%左右;若SF6体积分数为20%的SF6/N2混合气体的击穿强度要达到纯SF6气体的击穿强度,其总压力应为纯SF6气体的1.4倍。新东北电气集团高压开关有限公司研制的采用20%SF6和80%N2混合气体绝缘,总压为0.6 MPa的550 kV SF6/N2混合气体母线在机械工业高压电器产品质量检测中心(沈阳)顺利通过了绝缘型式试验,且其雷电冲击耐受水平高达1 842.5 kV。因此,用SF6/N2混合气体作为550 kV母线的绝缘介质是切实可行的。     

550kV SF_6/N_2充气母线绝缘性能研究

由于SF6气体的温室效应,减少SF6气体的使用具有深远的社会意义,用SF6/N2混合气体取代纯SF6气体作为高压电器设备的绝缘介质是减少使用SF6气体的有效措施。介绍了SF6/N2混合气体的优点。从气体放电理论出发,对不同比例SF6/N2混合气体的绝缘性能进行了分析,结果表明:SF6体积分数仅为20%的SF6/N2混合气体击穿强度为相同气体压力纯SF6的70%左右;若SF6体积分数为20%的SF6/N2混合气体的击穿强度要达到纯SF6气体的击穿强度,其总压力应为纯SF6气体的1.4倍。新东北电气集团高压开关有限公司研制的采用20%SF6和80%N2混合气体绝缘,总压为0.6 MPa的550 kV SF6/N2混合气体母线在机械工业高压电器产品质量检测中心(沈阳)顺利通过了绝缘型式试验,且其雷电冲击耐受水平高达1 842.5 kV。因此,用SF6/N2混合气体作为550 kV母线的绝缘介质是切实可行的。     

1100kV SF_6断路器合闸电阻研究

1100kV特高压断路器是保证1000 kV特高压电网安全运行的重要设备。介绍了新东北电气自主研发的1100 kV SF_6断路器的技术结构特点;对合闸电阻的设计进行了详细论述;对合闸电阻的绝缘性能进行了仿真分析;计算结果表明其热容量及绝缘性能均满足要求。     

SF_6绝缘电流互感器SF_6/N_2混合气体替代技术研究

SF_6绝缘电流互感器是广泛应用的电力设备,其气体用量巨大,是SF_6气体替代或减量应用的重要领域。为此,研究SF_6/N_2混合气体替代技术具有重要意义。文中提出了针对SF_6电流互感器进行混合气体改造的技术方案,并开展了理论分析、关键部件研制、绝缘性能试验和实际挂网运行校验,同时对该改造技术的可行性进行了探索。研究表明,两种气体混合比例(20%SF_6/80%N_2与30%SF_6/70%N_2)的电流互感器均通过了工频耐压试验和雷电冲击耐压试验,SF_6/N_2混合气体替代技术现场可行。文中研究成果对于SF_6/N_2混合气体绝缘电流互感器技术发展和推广具有重要意义。     

1100kV SF_6断路器绝缘型式试验研究

绝缘型式试验是考核断路器绝缘性能的重要试验。1 100 kV SF6断路器较高的绝缘水平使得其绝缘试验对断路器设备制造商和绝缘试验室均提出了更高的要求和挑战。新东北电气自主研发的1 100 kV SF6断路器在机械工业高压电器设备质量检测中心按照GB/Z 24838—2009顺利完成了整套绝缘型式试验。详细介绍了1 100 kV SF6断路器的技术结构特点和技术参数。对其绝缘型式试验样机布置进行了研究分析,并在试验中进行了验证;对其断口联合电压试验进行了数值仿真,并在试验中进行了验证,最终电压跌落按照100%补偿;对其在局部放电试验中遇到的干扰信号进行了分析,整机在分合闸位置的局放量均小于5 pC。     

管道母线(GIL)中SF_6/N_2混合气体绝缘性能的研究

文中首先对GIL中SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了计算,重点关注了SF_6体积分数配比以及气体压力对绝缘能力的影响,并且研究了高落差下是否出现气体分层从而对混合气体的绝缘能力产生影响。其次,利用试验装置,对SF_6/N_2混合气体在不同配比和压力下的雷电击穿电压进行了测量,并且对比分析了试验结果与计算结果的差异。计算结果表明SF_6/N_2混合气体绝缘强度随SF_6气体体积分数增加而提高,但SF_6体积分数达到10%后,混合气体的击穿电压呈现出饱和的趋势;在高落差下,SF_6和N_2的混合比随高度的变化很微小;GIL样机的雷电冲击试验结果验证了击穿电压计算结果的正确性。     

SF_6/N_2混合气体的126kV GIS母线的研制

母线是GIS设备的主要导电回路,设计具有高参数、高性能的母线结构是保证特高压GIS设备可靠运行的基础。现在大部分的GIS母线在使用绝缘性能较好的SF_6气体作为绝缘介质。介绍了126 kV GIS用SF_6/N_2混合气体母线的相关参数、气体混合比的选择及环境经济效益,对混合气体母线的绝缘性能和温升性能进行了详细的分析计算,型式试验的顺利通过验证了SF_6/N_2混合气体母线的可靠性。     

SF_6/N_2混合气体微观电弧特性研究

氮气(N_2)易获取、无污染、在不均匀电场下有很高的稳定性等特点,采用SF_6/N_2混合气体替代有强温室效应的六氟化硫(SF_6)气体逐渐成为研究的热点,并且在部分电气设备中已经有所应用。本文以气体动力学方程为基础,考虑了带电粒子的碰撞,仿真得到SF_6/N_2混合气体电弧形成过程及其中微观电子密度的时变规律,并分析了混合气体组分对电弧形成过程的影响,从微观上加深了对SF_6/N_2混合气体特性的认识。     

1100kV GIL产品现场试验研究

1100kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)设备为世界范围内较先应用,目前尚无完善的现场交接试验方案,为解决这一现状,对制约1100kV GIL现场交接试验的项目进行了分析研究。通过创新现场主电阻和气体密度测量方法,将常规电阻测试中的正极或负极电流测试线用1100kV GIL外壳代替,并设计专门的电阻测量结构,解决了现场测试线长度不足的难题;通过制作专门的硬质检漏工装,解决了现场检漏气体定量不准确的问题。该方案的实施,解决了困扰1100kV GIL现场交接试验的困难。     

N_2/SF_6混合气体的绝缘特性

为了探讨 N_2/SF_6混合气体代替纯SF_6气体作为气体绝缘输电管道绝缘介质的可行性,通过对低含量SF_6混合气体在不同混合比和压力下的工频及操作冲击耐电强度试验,分析了混合气体的绝缘特性。研究结果表明:在不改变现有输电管道结构和尺寸的情况下,可适当增加低含量SF_6混合气体的压强来保证输电管道的绝缘强度。     

1100kV GIS用SF_6断路器的研究开发

开发1 100 kV GIS用特高压断路器对于1 000 kV特高压电网的建设具有重要意义。文中介绍了新东北电气自主研发的1 100 kV SF6断路器的技术结构特点和技术参数。对1 100 kV特高压断路器断口并联电容值的选择、对主灭弧装置的绝缘性能、开断性能、对合闸电阻开关的绝缘性能、动作原理及合闸电阻的绝缘性能、热容量等关键技术进行了计算分析。对1 100 kV特高压断路器的型式试验进行了介绍。1 100 kV特高压断路器的成功研制,标志着中国特高压开关设备的自主研发水平达到了一个新的高度。     

电极表面粗糙度对SF_6、SF_6/N_2及SF_6/CO_2绝缘特性的影响

本文采用机加工形成的不同粗糙度的电极,研究SF_6,SF_6/N_2及SF_6/CO_2的绝缘特性,并与计算结果进行比较。     

SF_6/N_2和SF_6/CF_4混合气体放电参数计算分析

为研究SF_6混合气体的放电参数特性,文中通过两项近似求解Boltzmann方程得到温度为300 K,不同混合比下SF_6/N_2、SF_6/CF_4的电子能量分布函数(EEDF)、折合电离系数α/N、折合吸附系数η/N和折合有效电离系数(α-η)/N,与其他文献结果对比,验证了该计算方法与放电参数的有效性。结果表明:SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体都随折合场强E/N增大时,在较低电子能量区域的EEDF减小而在较高电子能量区域的EEDF增大,且SF_6/N_2混合气体在电子能量为3 e V附近存在EEDF的骤降现象,该现象与N_2的碰撞参数截面有关,而SF_6/CF_4混合气体不存在此现象;此外,SF_6/N_2、SF_6/CF_4两种混合气体随着折合场强E/N增大,折合电离系数α/N显著增大、折合吸附系数η/N减小,最终折合有效电离反应系数(α-η)/N也均随之增加。     

经电弧作用后SF_6及SF_6/N_2的毒性试验研究

本文阐述了运行中SF_6、实验室SF_6开断气体及SF_6/N_2开断气体毒性生物试验的结果。结果表明,在GIS中虽然放置了吸附剂,经电弧作用后的运行中SF_6气体仍具有毒性;SF_6及SF_6/N_2开断气体对生物机体的影响具有某些明显的不同;开断气体的毒性取决于电弧能量及气体中水分含量。     

热态SF_6/N_2混合气体击穿特性研究

研究了热态SF_6/N_2混合气体的电击穿特性。在局部热力学和化学平衡假设下,采用质量作用定律法,计算压强0.01～2.00 MPa、温度300～4 000 K范围内的SF_6/N_2电弧等离子体各组分的摩尔分数,分析电弧熄灭过程热态SF_6/N_2电弧等离子体各粒子组分随温度和压强的变化过程。采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,得到了不同折合电场下热态SF_6/N_2混合气体的电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到了热态SF_6/N_2混合气体的折合击穿场强(E/N)_(cr)。研究表明:SF_6/N_2混合气体的折合击穿场强(E/N)_(cr)随着电弧等离子体温度的降低而增大,其增大的速率主要与混合气体中SF_6的分解复合特性有关,增大气压可有效抑制SF_6在高温下的分解速度,加速电弧等离子体各粒子的复合过程,从而提高SF_6/N_2混合气体的(E/N)_(cr);40%SF_6/60%N_2和30%SF_6/70%N_2混合气体在2 000～3 500 K高温范围内的(E/N)_(cr)分别至少高出相同条件下纯SF_63 Td和6 Td;2 000 K温度以下,随着SF_6的大量复合,混合气体折合击穿场强(E/N)_(cr)快速增强,SF_6含量越多增强速率越大,但仍低于相同条件下纯SF_6的(E/N)_(cr)。研究结果可为解决高压SF_6/N_2混合气体断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。     

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。     

330 kV SF_6/N_2混合气体介质绝缘母线的紧凑化设计

为实现气体绝缘变电站(gas insulated substation, GIS)母线小型化、紧凑化和环保化,开展了混合气体介质条件下330kV GIS母线紧凑化设计研究。首先根据小型化原则确定母线结构为三相共箱式,利用已有的SF_6/N_2混合气体研究结合工程应用试点经验,确定了SF_6/N_2混合气体的混合比,并提出了SF_6/N_2混合气体的绝缘击穿判据。在此基础上建立了考虑通流损耗、气体流动及重力等多物理场耦合的绝缘裕度计算模型。为了精确的求解,考虑了混合气体的协同效应对材料物性参数的影响,采用Aspen软件计算了混合气体物性参数并拟合出其随温度变化的规律。为得到最优紧凑化母线结构,定义了紧凑化系数,采用参数化设计的方法得到绝缘裕度随紧凑化系数的变化规律。研究结果表明,提出的紧凑化原则能有效指导共箱式母线尺寸设计,设计得到的SF_6/N_2混合气体介质条件下330kV三相共箱GIS母线在正常运行状态下的绝缘水平满足要求。最紧凑化尺寸下可将母线体积减小37%,SF_6气体用量减少80%。     

关于N_2／SF_6混合气体的研究

国际大电网会议(CIGRE)组成特别工作组(TASK:FORCE D1．03．10),研究了N2／SF6混合气体的绝缘性能及其使用方法,特别在气体绝缘输电管线(GIL)的使用。研究的目的,一方面减少对温室效应的影响,二是使用混合气体可降低费用,这特别对用气量大的GIL很重要。     

环氧树脂在SF_6/N_2混合气体下的热分解

为得到环氧树脂在SF_6/N_2混合气体下的热分解机理以及主要失重区间的特征分解组分判断标准,采用同步热分析仪与气相色谱质谱仪联用的方法研究了环氧树脂在SF_6/N_2气氛下的热分解特性,检测了特征分解组分体积分数,并得到了其随温度变化规律,提出了判断环氧树脂表面发生局部过热性故障的方法。TG曲线表明:环氧树脂的主要失重区间并不受实验气体种类的影响,分解区间为330～470℃。DSC曲线表明:环氧树脂在SF_6/N_2氛围下的分解是一个复杂的化学过程;随着混合气体中N_2比例的增加,体系的热稳定性下降,SF_6的分解加剧。选择CO_2、SO_2、H_2S、SOF_2、CF_4作为特征组分进行检测。环氧树脂存在条件下,不同SF_6比例混合气体的特征组分产气速率和起始体积分数不同,产气温度相同。选择H_2S、CF_4作为判断环氧树脂表面POF温度的特征组分并建立了数学模型。