板-板和球-球在CO_2气体内的放电特性

为了解CO2气体的绝缘特性,在相同的温度和湿度的条件下,对板-板电极和球-球电极在不同电极间距、不同压强下进行了工频耐压和雷电冲击试验。试验表明,体积分数99.99%的CO2气体绝缘强度随着电极间距和压强的增加而增加,符合经典气体的击穿曲线走势,证明了试验方法的正确性。在工频耐压试验中,当压强达到0.6MPa后,对CO2气体的绝缘特性有明显的改善。在雷电冲击试验中,0.5 MPa和0.6 MPa时气体的绝缘特性近似。此外,根据击穿曲线可知,均匀电场在雷电冲击试验中的极性效应不明显,而稍不均匀电场的极性效应非常明显;且负向冲击电压的击穿值远小于正向冲击电压击穿值,他们之间的击穿电压差随着间距的减小而减小。总结试验数据可推断,在110 k V设备中使用CO2气体作为绝缘气体时,其压强建议≥0.6 MPa。     

干燥空气绝缘环网柜中的复合绝缘工频特性研究

采用干燥空气替代SF_6作为环网柜的绝缘介质满足了目前开关设备的环保型发展需求,但由于干燥空气绝缘强度远低于SF_6,需要对产品的固体—气体复合绝缘的配合进行深入研究,目前这方面的系统性研究较少。文中首先采用不同形式的基础电极,研究了电场均匀度、气压和间隙对干燥空气间隙工频特性的影响,得到了不同均匀度条件下的最大击穿电场强度数据。针对实际产品的套管位置开展了仿真和试验研究,系统性分析了复合绝缘结构对最大电场强度位置和数值的影响。结果表明,间隙下的电场均匀度与最大场强关系可作为复合绝缘耐压特性的判据,采用固体绝缘材料包覆、增大间隙以及优化电场均匀度等方法可有效提高复合绝缘的耐压特性。     

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。     

极不均匀电场中CF3I-CO2混合气体雷电冲击绝缘特性的研究

以含10%CF_3I气体的CF_3I-CO_2混合气体为研究对象,研究了极不均匀电场中CF_3I-CO_2混合气体在正、负极性雷电冲击电压下的绝缘特性。结果表明:在0.1～0.3 MPa气压内,极不均匀电场中CF_3I-CO_2混合气体在正、负极性雷电冲击电压下的50%击穿电压均随着电极间隙距离的增大而逐渐升高,且增长趋势近似为线性,但在0.3 MPa气压下,正极性雷电冲击电压下的50%击穿电压曲线则呈现出一定程度的饱和趋势;当间隙距离较大时,极不均匀电场中CF_3I-CO_2混合气体在正极性雷电冲击电压下的50%击穿电压均比负极性雷电冲击电压下的低;但当间隙距离较小时,CF_3I-CO_2混合气体在正极性雷电冲击电压下的50%击穿电压比负极性雷电冲击电压下更高。     

非圆柱形电极下纯氮气气体绝缘性能试验研究

因氮气物理化学性能稳定,作为环保型气体绝缘介质在气体绝缘开关柜领域受到了重点关注。在目前气体绝缘开关柜常用的非圆柱形电极下对纯氮气分别进行了工频耐压和雷电冲击耐压试验,并对试验结果进行多角度分析,通过曲线拟合得到了较低压力下氮气击穿电压(U_b)与气压和放电距离的乘积(p×d)关系经验公式,研究结果对氮气绝缘开关设备研发具有一定的指导意义。     

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。     

雷电冲击下稍不均匀电场中SF_6/N_2混合气体的协同效应

近年来,在气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中开始使用低SF6体积分数的SF6/N2混合气体作为绝缘介质,但对这种混合气体的协同效应相关研究还不多。为此,在稍不均匀电场、正负2种极性雷电冲击(LI)下,研究了较低SF6体积分数的SF6/N2混合气体的击穿特性及协同效应受电压极性和气压的影响。结果表明:在较低气压和负极性雷电冲击下的击穿电压高于正极性;当气压超过某一临界值后,正极性下的击穿电压将高于负极性。引入协同效应系数对混合气体的协同效应进行了分析,发现:负极性雷电冲击下协同效应系数0.1,且受气压影响不明显;正极性下的协同效应相对较弱,但随着气压升高协同效应增强。     

不同电极结构下SF_(6)气体临界击穿场强计算北大核心CSCD

SF_(6)气体在电力绝缘设备中的应用已经非常广泛,计算多种电极结构下SF_(6)气体临界击穿场强对于研究SF_(6)气体放电击穿特性具有重要意义。文中针对SF_(6)气体在多种电极结构下的放电击穿过程开展了详细的理论研究与计算分析。首先,基于已有的SF_(6)气体击穿过程进行理论总结并加以完善;然后,引入阶段先导发展模型,针对稍不均匀电场条件下SF_(6)气体放电击穿过程进行建模,将放电击穿分为3个主要过程:首电子产生阶段、流注初始阶段及先导发展至击穿阶段;最后,结合气体物性参数建立多种电极结构下SF_(6)气体折合临界击穿场强计算综合模型,计算得到SF_(6)气体在多种电极结构下的临界击穿场强。研究表明:相同压强情况下,交流电压下的临界击穿场强要比雷电冲击电压下的折合临界击穿场强低。雷电冲击电压下临界击穿场强极性随电极结构和压强条件的变化而改变。并且,受电极曲率较大处局部放电所产生空间电荷的影响,随着压强的增大和突出物尖端的加长,正极性雷电冲击电压下的临界击穿场强趋向施加交流电压下的临界击穿场强。     

12~24kV氮气绝缘环网柜的研制

在气体绝缘环网柜中使用环保的氮气或干燥空气取代SF6气体,又要保持紧凑和小巧的特点,必须要对环网柜绝缘结构进行优化设计。为此,就氮气的绝缘特性和氮气绝缘中压环网开关柜的典型绝缘结构(如间隙绝缘、复合绝缘、支撑绝缘子和穿墙套管沿面绝缘)的最大电场强度进行了分析研究。进而探索了降低氮气绝缘环网柜内电场强度的有效方法和途径:通过改善导体形状可降低气隙间电场不均匀系数至2~3;采用复合绝缘可降低氮气介质最大电场强度约20%;采用双断口结构和复合屏蔽绝缘,可实现工频耐受75 k V/1 min、雷电冲击耐受±145 k V的隔离断口绝缘水平;优化电极形状和绝缘体外形设计,可降低沿面绝缘破坏起始处电场强度,实现在工频耐受65 k V/1 min、雷电冲击耐受±125 k V的绝缘水平;通过电场屏蔽件的设计可降低局部电场集中,提高柜体整体绝缘水平。研制成功了符合IEC 62271-1和GB 11022标准绝缘水平要求的12~24 k V氮气绝缘环网柜(柜宽400 mm)并通过了型式试验,证明了环网柜采用氮气绝缘的可行性。     

氮气环网柜中复合绝缘的工频特性研究

采用氮气(N_2)或干燥空气替代SF_6作为中压开关设备的绝缘介质是目前环保型开关设备的发展热点。要保证气箱结构紧凑小巧,需要完全掌握环保气体的绝缘特性,并对固体—气体复合绝缘的配合进行深入研究。文中从研究N_2的基础绝缘特性入手,研究了不同电场均匀度、气体压力以及电极间隙下的N_2工频耐压特性数据,提出了N_2绝缘的经验公式以指导气箱的整体设计和局部优化。基于N_2气箱关键部位的绝缘配合的系统性的建模仿真分析,结合局部复合绝缘的耐压特性实验,得到结论气箱结构设计中需要采用极不均匀场的特性作为设计依据,同时在关键位置的固体—气体复合绝缘处需要保证足够的气体间隙。