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SF_6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。C_4F_7N混合气体具有优良的绝缘性能和环保特性,有望替代SF_6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C_4F_7N/N_2混合气体中加入一定体积分数的O_2。文中探究了C_4F_7N/N_2/O_2混合气体应用于高气压电气设备的潜力,利用气体绝缘试验平台对0.6 MPa下含不同体积分数氧气的C_4F_7N/N_2/O_2混合气体开展击穿试验,同时利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析混合气体击穿后的分解产物及体积分数。研究发现在C_4F_7N/N_2混合气体中加入一定量的O_2可以提高混合气体在高气压下的绝缘自恢复性能,混合气体多次击穿后分解的主要产物有CF_4、C_2F_6、C_3F_(6、)C_3F_8、CF_3CN、C_2F_5CN、CO、COF_2、C_2N_2等,这些产物的体积分数随氧气体积分数的增加均呈先增加后减少的趋势。综合考虑O_2的添加量对C_4F_7N/N_2混合气体绝缘性能的影响和放电分解后产物的绝缘性能及毒性,C_4F_7N/N_2/O_2混合气体应用于高气压电气设备时,O_2的添加量为6%比较适合。     

不同放电能量下酯类绝缘油的产气差异性分析EI北大核心CSCD

酯类绝缘油作为一种环境友好型绝缘液,在电力变压器中的应用越来越广泛。但不同酯类绝缘油的理化、电气特性具有显著的差异,在相同故障下其产气规律也有一定的区别。该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,研究其在不同放电能量下的产气规律与产气差异,并将特征气体含量与放电能量进行关联性分析。结果表明,不同酯类绝缘油的产气规律具有一定差异,天然酯绝缘油易产生更多的H_(2)和C_(2)H_(6),改性酯和合成酯绝缘油易产生较多的C_(2)H_(4)和C_(2)H_(2),绝缘油的分子结构和特征气体的溶解特性差异是影响油中溶解气体的主要原因;随着放电能量的增加,H_(2)、CH_(4)和C_(2)H_(6)占比呈现下降趋势,C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)以及CO占比呈现上升趋势;通过特征气体的单位焦耳产气量、C_(2)H_(2)/H_(2)比值以及CO含量可以定性判断放电故障的严重程度。结果可为酯类绝缘油变压器的状态诊断提供参考。     

电力变压器用天然酯绝缘油中特征气体溶解特性

为了探索适用于天然酯绝缘油的油中溶解气体分析方法(DGA),需要研究特征气体在天然酯绝缘油中的溶解特性。以FR3~?绝缘油、精炼大豆绝缘油和甲酯化菜籽绝缘油等天然酯绝缘油为研究对象,以25号矿物绝缘油为参照,测定了温度为30~70℃时H_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6、C_2H_2等7种故障诊断特征气体在4种绝缘油中的Ostwald平衡常数(K)。通过对K和温度(θ)的拟合,得到7种特征气体在4种绝缘油中的28组K-θ模型方程,该方程可以推算其他温度下任意特征气体在绝缘油中的K。通过各特征气体在同一种绝缘油中K-θ变化曲线对比发现:4种绝缘油中烃类气体的溶解度大小顺序为:K(C_2H_6)K(C_2H_4)≈K(C_2H_2)K(CH_4);非烃类气体溶解度大小顺序为:K(CO_2)K(CO)K(H_2)。     

基于紫外吸收光谱与最小二乘法的SO2、H2S与CS2混合气体定量检测

SO_2、CS_2和H_2S作为绝缘气体SF_6的重要分解气体,它们的种类和含量对SF_6气体绝缘设备的诊断具有重要意义。文中提出了一种紫外吸收光谱法和最小二乘拟合联用的方法用于SF_6分解气体的3组分混合气体定量检测。在实验过程中,发现较高体积分数的SO_2和CS_2对较低体积分数H_2S的体积分数计算存在干扰并且干扰的程度大小与两种气体的体积分数呈正相关。因此,文中获得了干扰气体体积分数较高时H_2S体积分数计算的修正公式,可以实现3种气体的准确定量检测,SO_2和H_2S检测范围为1～10μL/L(part permillion),CS_2为30～300μg/m L(part per billion)。文中提供了一种简便高效的检测方法,方便集成于检测设备中,为SF_6绝缘设备在线监测提供了技术支撑。     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部过热分解特性实验研究

C_4F_7N混合气体是目前最具潜力的可替代SF_6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C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体的局部过热分解特性的影响特性。研究发现,C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体热分解的主要产物有CF_4、C_3F_8、C_3F_6、CO、COF_2、CF_3CN、C_2F_5CN、C_2N_2。O_2添加量为2%时,C_3F_6体积分数增加,其余产物体积分数均有不同程度的下降;O_2添加量大于8%时CF_4、C_3F_8、CO和COF_2的生成速率加快。CF_4、C_3F_8、C_3F_6、CF_3CN、C_2F_5CN的产量和有效产气速率在过热温度达到500℃时均会出现不同程度的下降,大于500℃时继续增加。综合考虑混合气体的绝缘性能和电、热分解特性,实际工程应用中,在C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体加入4%～6%O_2比较合适;COF_2和C_2N_2可以作为表征C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体绝缘装备过热性故障严重程度的特征产物,C_2F_5CN可以作为故障性质跃变的标志分解产物。     

环保绝缘介质C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体的放电分解特性

近年来,环保绝缘介质C_4F_7N/CO_2混合气体凭借优良的绝缘性能得到了广泛关注。为避免C_4F_7N/CO_2混合气体在高能放电后出现碳析出,需要加入O_2作为第二种缓冲气体。然而目前鲜有针对C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体放电分解特性的相关报道。该文通过一系列工频击穿放电实验,利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对含不同体积分数O_2的C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体的放电分解特性进行了分析。研究发现,C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体多次击穿后分解的主要产物有CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CF_3CN、C2F5CN、C_3F_6、CO、COF_2、C_2N_2等,其中CF_4、CO、C_2F_6的生成量相对较高。当O_2的体积分数从0%增加到2%时,上述分解产物的生成量均出现了一定程度的下降;随着O_2的体积分数进一步升高,主要分解产物中CF_4、CO的生成量会持续下降,相反COF_2的生成量会增加,而其他分解产物的含量变化趋势不是很明显。     

真空有载分接开关油中溶解气体限值研究与应用

针对真空有载分接开关绝缘油中检出的放电或过热性特征气体含量限值国内尚无判断依据的问题,应用四分位算法对206台在运真空有载分接开关的绝缘油进行了分析,得到了绝缘油中溶解的各特征气体体积分数限值的参考值,即H_2为263.5×10~(-6)、CH_4为275.3×10~(-6)、C_2H_6为3.0×10~(-6)、C_2H_413.4×10~(-6)、C_2H_2为9.6×10~(-6)。在某台真空有载分接开关上的实际应用结果表明,该限值能够有效指导现场检修工作。     

油纸绝缘气隙放电能量特性与产气规律的相关性

为了研究油纸绝缘气隙放电能量特性与产气规律的相关性,基于油纸绝缘气隙放电模型,利用恒压法进行了36 h的气隙放电发展特性试验。计算了不同放电时刻最大放电能量和平均放电能量的幅值,引入放电重复率并提出每秒平均放电能量这一新特征量,分析结果表明每秒平均放电能量能够很好地表征局部放电的放电发展特性。另一方面,提取H_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2和CO作为变压器油中溶解特征气体,对这6种特征气体的体积分数与每秒平均放电能量的相关性进行分析,结果表明:在油纸绝缘气隙放电过程中H_2的体积分数与每秒平均放电能量的相关性最高,其次为CO和CH_4,用这3种气体体积分数的变化可以大致反映出每秒平均放电能量的变化规律。     

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SF_6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C_4F_7N-CO_2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C_4F_7N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C_4F_7N的含量进行检测,以确定混合气体的实际体积分数,目前鲜有针对混合气体中C_4F_7N体积分数的定量检测技术的相关报道。文中基于密度泛函理论对C_4F_7N进行了分子构型与频谱优化,得到其红外仿真图;基于傅里叶红外光谱技术(FITR),搭建了C_4F_7N/CO_2混合气体红外检测平台,结合实验与仿真分析了C_4F_7N的红外光谱吸收特性,根据现场检测要求确定了可用于体积分数检测的C_4F_7N特征红外吸收波段,实现了对C_4F_7N在2%～10%体积分数范围的定量检测,且体积分数检测相对误差不超过5%。采用高斯算法对该波段进行分峰处理,将体积分数检测相对误差降至不超过3%。相关研究成果为C_4F_7N/CO_2混合气体中C_4F_7N的快速检测提供了重要技术参考与理论参考。     

活性氧化铝和分子筛对C_3F_7CN/CO_2及其过热分解产物的吸附特性

近几年提出的环境友好型气体绝缘介质全氟异丁腈(C3F_7CN),在介电特性和环保方面表现良好,具有替代SF_6气体的可能性。探究常用吸附剂对绝缘介质C_3F_7CN及其分解产物的吸附特性,可为实际设备中吸附剂的选择提供参考。在过热实验基础上,对比分析γ-Al_2O_3和分子筛(3A、4A和5A)对绝缘介质C_3F_7CN和缓冲气体CO_2及其混合气体分解产物的吸附特性。C_3F_7CN/CO_2混合气体在650oC下的过热分解产物主要为CO、CF_4、C_2F_6、C_2F_4、C_3F_8、C_3F_6、i-C_4F_(10)、CF_3CN、CNCN和C_2F_5CN等。实验结果表明:γ-Al_2O_3和分子筛对缓冲气体CO_2及分解产物CO和全氟碳类气体的吸附能力较弱,但能有选择地吸附腈类气体。其中,四种吸附剂均能有效吸附腈类气体CNCN,但只有γ-Al_2O_3和5A分子筛能有效吸附CF_3CN气体,γ-Al_2O_3吸附速率大于5A分子筛。此外,γ-Al_2O_3能吸附绝缘介质C_3F_7CN,故不适合用于以C_3F_7CN混合气体作为绝缘介质的电力设备中。     

SF_6电气设备绝缘故障诊断用SO_2、H_2S气体传感器研究进展

在SF_6电气设备中,不同类型绝缘故障会导致SF6产生不同的分解产物,这些产物在体积分数、生成速率等方面有明显差异。这其中,SO_2和H_2S作为故障类型的典型气体标志物,通过对其体积分数及体积分数变化进行检测和监测便能够判断出绝缘故障的类型与严重程度。文中主要对高灵敏SO_2和H_2S气体传感器的最新研究进展进行了综述分析,包括材料选择、工作温度优化及选择灵敏度提高等关键因素;并对目前研究存在的问题进行了评论分析。最后,文章指出了SF_6电气设备绝缘故障检测用SO_2和H_2S气体传感器需要解决的问题和未来研究发展的方向。     

掺杂硫化钼对油中特征气体C_2H_2的吸附性能

乙炔(C_2H_2)是油浸式变压器故障的重要故障特征气体,其组分浓度和产气速率可有效反映电力变压器油纸绝缘性能。为实现油中C_2H_2特征气体的快速、准确、有效检测,提出一种基于金属掺杂硫化钼(MoS_2)基半导体气体传感器的油中C_2H_2特征气体检测方法。基于第一性原理计算了本征及贵金属(Au和Ag)掺杂MoS_2材料对油中特征气体C_2H_2的吸附特性。计算并比较了吸附能、电荷转移量、电子态密度等吸附特性,结果表明掺杂MoS_2对C_2H_2的吸附为化学吸附,而本征MoS_2则显示出物理吸附特性,强度为Au掺杂MoS_2Ag掺杂MoS_2本征MoS_2。理论计算所得吸附特性结果,有利于完善MoS_2材料的气敏机理,为基于MoS_2传感器的油中故障特征气体检测奠定了基础。     

140℃与常温条件下油纸绝缘沿面放电产气特性

基于油纸绝缘柱板沿面放电模型,在实验室开展140℃与常温下油纸绝缘局部放电试验,研究油纸绝缘特征参量的变化规律,并结合Ansoft电场仿真分析高温下沿面放电机理。结果表明:在140℃下沿面放电的耗氧量与产气量均比常温下的高,而局部放电特征气体C_2H_2的含量差异不大,气体含量变化从大到小依次为H_2、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2、O_2、CH_4、CO、CO_2。在140℃下沿面放电发展过程中,绝缘油体积电阻率呈下降趋势,而常温下变化不明显,两种条件下油的介质损耗均呈波动上升趋势。由于高温会使高压电极与油纸交界的三角区域附着气泡,从而导致电场畸变,使得油纸绝缘的沿面放电起始电压从17.2 k V降为2.1 k V。     

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。     

原子吸收法测定变压器油中金属判断故障部位

一、前言变压器内部发生故障时,会使绝缘油热解产生H_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_6、C_2H_4、C_2H_2等气体,同时还会有一些金属材料如铜、铁、铅等颗粒或离子在高温作用下悬浮(或溶解)在石油中。通常,用气相色谱法分析变压器油中的气体来检测变压器内部故     

天然酯绝缘油在油纸界面放电故障条件下的分解产气特性研究

选取菜籽基天然酯绝缘油与矿物绝缘油及两种绝缘油的油浸纸板为研究对象,开展纯油击穿与油纸沿面闪络两种类型的放电故障试验,通过油中溶解气体分析方法研究故障后两种绝缘油产生的油中溶解气体类型与含量,并对比分析两种绝缘油产气特性差异及油纸界面对产气特性的影响。结果表明:在击穿类型放电故障条件下,两种绝缘油产生的溶解故障特征气体类型相同,均为CH_4、C_2H4_、C_2H_6、C_2H_2、H_2、CO、CO_2;相同故障条件下,天然酯绝缘油相较于矿物绝缘油会产生更多的CO;当放电故障发生在油纸界面处时,两种绝缘油中的故障产气量增多,且CO的含量占比上升。     

O_2对C_4F_7N-N2-O_2混合气体绝缘和放电分解特性的影响

由于C_4F_7N兼具优异的绝缘性能和环保特性,因此得到了国内外替代气体领域研究者的广泛关注。为了探究加入O_2后对C_4F_7N二元混合气体绝缘及分解特性的影响情况,在稍不均匀场条件下对含不同含量(即体积分数)O_2的C_4F_7N-N_2-O_2混合气体的工频击穿特性和绝缘自恢复性能进行了测试,同时基于气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析了击穿后混合气体的分解产物组成及含量。研究发现,在C_4F_7N-N_2混合气体中加入一定含量的O_2能够提高混合气体的工频击穿电压且有效改善混合气体自恢复性能;不含O_2的C_4F_7N-N_2混合气体在多次放电击穿后电极表面有黑色物质(碳)析出,而少量O_2的加入能够抑制固体物质碳析出;另外,O_2的加入促进了混合气体的分解,产生了CO_2、COF_2等特征产物。随着O_2含量的进一步提高,混合气体分解产生的CF_4含量显著升高,而C_2F_6、C_3F_8等产物含量降低。综合来看,实际工程应用中建议在C_4F_7N-N_2-O_2混合气体中加入4%～6%的O_2,以达到有效抑制固体物质碳析出的同时提升混合气体的绝缘性能。     

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。     

电场不均匀度对C_4F_7N/CO_2混合气体雷电冲击放电特性的影响

不同电场分布下混合气体雷电冲击放电特性是气体绝缘金属封闭输电线路(GILs)的设计基础,文中分别研究了稍不均匀电场(电场不均匀度系数f=1.6)和极不均匀电场(f=5.3和f=10.3)下C_4F_7N/CO_2混合气体雷电冲击放电特性的变化规律。结果表明:稍不均匀场中,C_4F_7N/CO_2混合气体的放电电压在高气压下出现微弱的饱和趋势,当气压小于0.4MPa时,其相对于在0.4MPa下SF_6的绝缘强度达到了最大值,即随气压的升高,混合气体的相对绝缘性能并无显著提升;随着电场不均匀度的增大,C_4F_7N/CO_2混合气体放电电压显著下降,且正极性放电电压远低于负极性,表现出对电场不均匀的极高敏感性;由此定义了电场敏感系数S,以表征绝缘介质在存在电场集中时放电电压的下降程度,研究结果表明,雷电冲击下气体介质对电场不均匀度的敏感性表现为C_4F_7N/CO_2(5%～20%)SF_6CO_2。