Ni掺杂单层PtSe2检测变压器油中溶解气体CH4和C2H4的DFT研究

甲烷(CH₄)和乙烯(C₂H₄)是变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反应变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，文中提出一种新型材料Ni掺杂单层PtSe₂(Ni-PtSe₂)用于检测变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄的检测方法。基于第一性原理密度泛函理论，文中对单层Ni-PtSe₂吸附变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄进行理论计算，从理论上探讨单层Ni-PtSe₂在气体吸附前后的几何结构、单层NiPtSe₂电子态密度以及能带结构的变化。计算发现，CH₄和C₂H₄气体吸附体系的吸附能分别为-1.536 eV和-2.502 eV，表明单层Ni-PtSe₂对两种特征气体的吸附均为化...     

β-Ga2O3(010)表面对新型环保绝缘气体CF3SO2F的气敏响应特性

CF₃SO₂F作为一种新型的环保绝缘气体，有望取代绝缘气体SF₆。考虑到CF₃SO₂F的生物毒性，开发用于泄漏检测的高灵敏度传感器具有重要的工程意义。为此，基于第一性原理，计算分析了本征β-Ga₂O₃(010)表面对CF₃SO₂F的气敏响应特性以及氧空位缺陷对CF₃SO₂F在β-Ga₂O₃(010)表面吸附性质的影响。CF₃SO₂F吸附前后，本征β-Ga₂O₃(010)表面吸附体系的功函数发生了显著变化，且室温下的恢复时间短。此外，环境分子O₂和CO₂的存在并不影响本征β-Ga₂O₃(010)表面对CF₃SO<...     

基于密度泛函理论的油中特征气体在钯掺杂SnP3单层上吸附及传感性能研究

油中溶解气体分析(dissolved gases analysis,DGA)被认为是目前变压器故障诊断技术中最可靠的方法之一。该文基于密度泛函理论,计算过渡金属钯(Pd)改性的SnP₃单层对6种油中溶解特征气体(H₂、CO、C₂H₂、C₂H₄、CH₄及C₂H₆)的吸附及传感性能。首先,通过不同掺杂位点的建模和计算分析,得到结构最稳定的Pd掺杂SnP₃(Pd-SnP₃)单层模型作为后续离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)计算的基础。基于该模型,构建多种吸附结构并进行几何优化,通过比较吸附能等参数,得到SnP₃单层对6种特征气体最稳定的吸附结构。进一步,分析吸附体系的电子密度、态密度、能带及解吸附时间。结果表明,Pd-SnP₃单层对CO、C₂H<...     

变压器油中溶解气体在线监测系统设计

为提升电力行业供给侧安全与稳定，实现变压器的全方位监测，设计了基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制技术的变压器油中溶解气体监测系统。该系统根据变压器的七种基本故障特征气体的近红外吸收波段，选择波长为1579nm、1653nm、1680nm、1532nm的四个分布式反馈蝶形激光器，实现了CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂六种气体的TDLAS测量，选用半导体氢气传感器实现H₂测量，并基于最小二乘的分段线性拟合完成二次谐波到气相浓度、气相到液相的转换计算。高浓度测试中，烃类气体与H₂的相对偏差在5%以内，碳氧化合物的相对偏差不超过10%，满足变压器的检测需求。     

高热故障下变压器油纸绝缘系统的产气机理研究

针对高热故障下超/特高压变压器内部绝缘系统状态变化和产气机理不清晰而严重制约变压器状态分析诊断的问题,本文基于热焓理论与仿真模拟手段相结合的方式对超/特高压变压器高热故障下油纸绝缘系统特征气体的生成路径与油纸绝缘系统的裂解机理开展研究。依据热焓理论得到气体的生成机理,并利用仿真模拟验证本文所提出的产气机理与路径。结果表明：高热故障下油纸绝缘系统中链烷烃要比环烷烃和双环芳香烃更容易发生裂解,各组分裂解生成特征气体的速率从大到小依次为纤维素、链烷烃、环烷烃、双环芳香烃。根据气体生成能可知,特征气体CH₄和C₂H₆最容易生成,C₂H₂最难生成,可通过特征气体在油纸绝缘系统中的生成速率判断高热故障的严重程度。     

应用氦离子化气相色谱法测定变压器油中溶解气体

特高压变压器具有体积大、油量多的特点,造成与故障相关的特征气体浓度非常小,若测试方法的检测限较大,则可能导致设备的状态检测不到位。为此提出了一种新型氦离子化气相色谱法,该方法利用氦离子化检测器,辅以十通阀中心切割及反吹技术,可实现对变压器油中溶解气体7种组分（H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂）的分离和测定,一次进样分析时间约7 min,各组分的检出限均达到10^-9量级,特别对于特征气体C₂H₂和H₂分别可达5×10^-9和11×10^-9;该方法的重复性约为1%,各组分的线性相关度R²均超过0.99。与传统气相色谱法比较,新型氦离子化气相色谱法操作简便,检测器的出峰信号值大大增强,检出限分别提高了5~80倍,且无需氢气做辅助气,减少了安全隐患。采用氦离子化气相色谱法测定变压器油中溶解气体,对于及时发现特高压变压器内部存在的潜伏性故障有重要意义。     

悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的C6F12O/CO2混合气体分解特性研究

C₆F₁₂O是一种具有潜力的SF₆替代气体，为了探究C₆F₁₂O/CO₂混合气体在悬浮电极缺陷不同局部放电强度下的分解特性，搭建了局部放电分解实验平台，在不同外施电压下对C₆F₁₂O/CO₂混合气体进行96 h局部放电分解实验，利用气相色谱法对分解组分进行定量分析，对分解组分含量、产气速率、特征气体比值与局部放电强度的关系分别进行了研究。结果表明：4种典型产物(CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₇H)浓度、产气速率的变化规律上存在差异，可选择作为判断局部放电强度的特征组分；特征组分浓度关系为c(CF₄)>c(C₂F₆)≈c(C₃F₈     

油浸式绝缘系统放电故障下气-液两相特征气体变化规律研究

油浸式系统中快速发展的放电故障具有产气量大、产气速率快等特点,以致于产生的特征气体来不及在油中溶解,绝大多数特征气体逸散至油面上进入瓦斯继电器,导致可用于变压器诊断及预警的大量有效气体无法及时达到溶解平衡,使得目前电力行业常用的油中溶解气体分析方法无法准确诊断故障。基于此,本文搭建油浸式绝缘系统快速发展放电故障下的油面气体产气规律研究试验平台,获取了油浸式绝缘系统在快速发展放电故障下的油面特征气体信息。结果表明：故障发生后的短时间内液相中特征气体浓度不会明显增加,而此时气相中存在大量特征气体;当系统中存在高能放电时,CO、CO₂、CH₄、H₂会在油面上大量汇集,这4种气体可作为高能放电故障表征依据;在此基础上,发生火花放电时,C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂也会在油面上汇集,可作为火花放电诊断辅助依据。     

典型放电缺陷下的C4F7N/CO2分解特性

C₄F₇N的分解特性关系到气体绝缘电气设备的绝缘性能、缓冲气体选择、固体材料的选择等，也可为电气设备的故障识别提供参考依据。为此，首先利用量子化学方法计算分析了C₄F₇N的解离路径及主要分解物的形成。随后，以C₄F₇N/CO₂混合气体为研究对象，实施了电晕放电、火花放电、悬浮放电等典型缺陷，定性、定量分析了混合比例、施加电压等因素对分解产物种类和含量的影响。C₄F₇N的稳定产物包括全氟烷烃气体(PFCs)CF₄、C₂F₆、C₃F₈、C₃F₆、2-C₄F₆、2-C₄F₈和i-C₄F₁₀；腈类气体CNCN、CF     

基于油中溶解气监测的变压器在线半监督故障诊断方法研究

变压器是电力系统中的核心设备,其运行的可靠性直接影响着整个电力系统的稳定与安全,因此对变压器运行状态进行实时分析并进行准确的故障诊断非常重要。针对变压器运行状态数据难以收集、故障数据缺乏而导致故障分析模型泛化能力差的问题,该文提出了一种半监督流形嵌入(semi-supervised manifold embedding,SSME)学习的变压器在线故障诊断方法。该方法使用变压器油中H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄和C₂H₂ 5种不同气体的浓度特征和运行状态类别的有限样本,联合大量在线监测获得的气体浓度样本数据,建立一种在线的半监督故障诊断模型来分析变压器的运行状态,该模型能在0.1s内完成700条在线监测数据的状态检测,其性能可以达到在线诊断的要求。结合实例,对所设计的变压器故障诊断模型的准确性和诊断效率进行了对比分析实验。实验结果表明,该文提出的方法的故障诊断准确率高于经典的深度置信网络(deep belief ...     

C4F7N/CO2/O2混合气体交流电晕放电分解特性

为研究环保型C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合气体放电分解特性，开展了不同O₂体积分数的C₄F₇N/CO₂/O₂三元混合气体交流电晕放电分解试验，主要分解产物包括CF₄、C₂F₆、C₃F₆、C₃F₈、C₆F₁₄、CNCN和CF₃CN,CF₄、C₂F₆和C₃F₈等饱和类碳氟气体生成量较高，不饱和类碳氟气体C₃F₆生成量较低。O₂的加入能显著抑制气体分解，O₂体积分数为4%的混合气体在6...     

C6F12O/N2混合气体与密封材料丁腈橡胶的相容性研究

C₆F₁₂O具有优异的绝缘和环保性能,因此具有在中低压开关设备中作为绝缘介质应用的潜力。为了评估C₆F₁₂O/N₂混合气体在设备中长期安全稳定使用的可行性,需要研究其与设备内部中常用密封橡胶之间的相容性。该文通过搭建相容性试验平台,对C₆F₁₂O/N₂混合气体与丁腈橡胶进行热加速试验研究,分别采用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜检测气体分解产物和丁腈橡胶表面形貌;同时基于密度泛函理论（DFT）对气体分解产物的生成路径进行模拟,并对丁腈橡胶分子与C₆F₁₂O分子之间的相互作用进行计算。试验结果表明在高温（90℃和110℃）试验后,丁腈橡胶与C₆F₁₂O/N₂混合气体不相容。丁腈橡胶表面析出大量的白色晶体颗粒,并且生成了C₃F₆、NF₃和CS     

纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体驱动CH4-CH3OH转化制备液态化学品的特性研究

开发非合成气路线的 CH₄-CH₃OH 直接制取高碳液态化学品转化技术可有效规避传统工业中面临的高危反应条件、废水排放、原子经济性低等问题。该文以 CH₄、CH₃OH 为原料,采用纳秒脉冲放电等离子体驱动 CH₄-CH₃OH 直接合成 C₂-C₄液态产品,主要探究了 Ar 添加和脉冲上升沿、下降沿对 CH₄-CH₃OH 放电中电学特性和转化特性的影响,并进行机理探究。实验结果表明,CH₄-CH₃OH-H₂O 体系实验的主要气态产品为 H₂、CO、C₂H₆和 C₃H₈,主要液态产品为 C₂H₅OH、C₃H₇OH。...     

变压器油溶解气体分离系统的改进

为了提高变压器油色谱在线监测系统测试结果的可靠性,针对油气分离和混合气体分离装置存在的问题,研制出1种改进装置。该装置主要包括真空脱气系统和自动进样系统2部分,其涉及温度控制和电磁阀控制。试验结果表明,所研制的装置对变压器油色谱在线监测具有很好的辅助作用,真空脱气系统脱气时间短,20 min油气分离即可达到饱和状态,且体积小（100 mm×100 mm×100 mm）;混合气体分离效率高,20 min内混合气体分离率可达97.3%,并能快速分离出CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、H₂、CO等多种故障特征气体。2011年6月,该装置已成功投运于高速铁路客运专线牵引变电所,工作状态始终稳定,能够很好满足现场测试需要。     

锇掺杂单层SnS2对SOF2和SO2F2吸附特性

基于密度泛函理论(DFT)的第一性原理计算,研究了SOF₂和SO₂F₂两种SF₆分解气体在SnS₂及Os_n(n=1～2)掺杂改性的SnS₂材料表面的气敏响应。从吸附能、能带结构、态密度、前线轨道等方面,对比分析三种材料分别对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应机理。研究发现,本征SnS₂对SOF₂及SO₂F₂的气敏响应特性不佳,但在Os掺杂后,掺杂处成为材料表面的活性位点,有效地提高了两种气体在SnS₂表面的气敏响应特性：Os_n-SnS₂(n=1～2)对SOF₂表现出良好的吸附效果,其中Os₂-SnS₂对SO₂F₂也...     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部放电起始电压的试验研究

研究C₄F₇N/CO₂/O₂环保绝缘气体的局部放电特性，可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此，利用针–板电极研究了极不均匀电场中C₄F₇N/CO₂/O₂混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV)，并分析了O₂的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明：在0.15～0.25 MPa气压范围内，C₄F₇N/CO₂混合气体中加入O₂体积分数不宜超过4%；而在0.35～0.65 MPa气压范围内，3种O₂占比中，在C₄F₇N/CO₂混合气体加入体积分数为4%的O₂的方案相对最优。混合气体的P...     

SF6及SF6故障分解气体与局部放电柔性特高频天线传感器基底相容性实验研究

采用柔性内置特高频(UHF)天线传感器是解决气体绝缘组合电器(GIS)内部潜伏性局部放电(PD)绝缘缺陷微弱高频电磁波信号感知的有效方法，而柔性UHF天线传感器基底材料和SF₆及其故障分解气体之间的相容是实现柔性UHF天线传感器内置于GIS的关键。基于此，该文通过搭建SF₆及其故障分解气体与PD柔性UHF天线传感器基底相容性实验平台，结合GIS实际运行环境温度，开展了多种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料与SF₆及其故障分解气体相容性实验研究，利用傅里叶变换红外光谱仪、气相色谱质谱联用仪、扫描电镜、X射线光电子能谱仪分别从SF₆气体成分侧、柔性基底表面形貌及元素变化情况侧进行测试分析。实验发现，聚酰亚胺(PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚二甲基硅氧烷(PDMS)三种常用PD柔性UHF天线传感器基底材料均不会对SF₆气体成分造成影响；常用的PI柔性UHF天线传感器基底会与SF₆故障分解气体中的SOF₂发生反应，导致SOF     

基于激光光声光谱的变压器油中溶解气体在线监测预警装置研制

油中溶解气体的相关参量能很好地表征设备的工作状态,因此开展变压器油中溶解气体分析,对于预知变压器潜伏性故障、预防规模化停电事故意义重大。针对现有色谱法监测的弊端,基于激光光声光谱原理,设计了气体监测模块,研制了变压器油中溶解气体在线监测预警装置,并建立了相对应的气体溯源校准方法。实验结果表明：在低、中、高不同浓度范围内,H₂、C₂H₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、CO及CO₂的最大相对误差分别为-12.51%、-29.25%、-20.04%、-19.31%、19.11%、-26.7%及-20.18%,均在±30%误差范围内。总烃(C1+C2)的最大相对误差为18.87%,处于±20%误差限值内,满足技术规范要求。低、中、高浓度范围内总烃的RSD分别为2.46%、2.87%和4.3%,均不大于5%,表现出良好重复性。该装置可满足电力行业恶劣工况条件的监测需求,可为电力行业油中溶解气体在线监测提...     

基于SnS2传感器的H2S和SO2F2气体检测性能研究

六氟化硫(SF₆)气体分解产物检测对于气体绝缘设备的故障评估和电力系统的安全监测具有重要意义。文中提出了一种基于SnS₂纳米材料气体传感器检测SF₆分解产物的方法，即采用水热法和丝网印刷法分别制备SnS₂纳米材料和气体传感器，通过实验研究了该传感器对SF₆分解产物H₂S和SO₂F₂气体的最佳工作温度、响应特性、灵敏度和长期稳定性。测试结果表明，SnS₂气体传感器在最佳工作温度200℃下，对两种SF₆分解气体产物的响应与其体积分数之间线性关系较好，线性相关系数均大于0.980，且稳定性较好。文中研究可为SnS₂基气敏传感器检测SF₆分解组分提供数据参考。     

三元混合绝缘油热裂解过程与产气特性

从绝缘油物质成分原子水平研究揭示绝缘油的热裂解产气机制，是科学指导基于油中溶解气体实现变压器故障诊断的关键。基于反应分子动力学对三元混合绝缘油中不同物质成分的单分子、多分子和混合油体系的热裂解动力学过程进行仿真模拟，研究分析了矿物油、天然酯和改性天然酯中不同类型油品分子的热裂解路径及产气行为，以及三元混合绝缘油的热裂解产气特性，并通过油品过热产气试验验证了仿真结果。结果表明：矿物油、天然酯和改性天然酯分子在热应力下会通过解环、脱羧与脱羰等反应转化为链状烃，再逐步裂解为烃类气体小分子；当油品分子体系增大时，分子热裂解方式与油品单分子相同，但其热裂解反应进程会加快。三元混合绝缘油热裂解仿真结果表明，其在低温过热时油中CO₂含量最高，中温过热时油中H₂和烃类气体含量增加，高温过热时油中C₂H₂含量增加，C₂H₄、C₂H₆含量增加显著，该油品过热产气试验结果与仿真结果一致。该成果可为基于油中特征气体分析实现三元混合绝缘油...