SF_(6)替代气体界面绝缘特性的研究进展

由于SF_(6)气体极强的温室效应,以CF_(3)I、C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O等气体为代表的环境友好型绝缘气体得到了越来越多关注。沿面绝缘特性是评价气–固复合绝缘系统电气性能的一个重要指标,但目前对于新型环保气体的相关研究尚不完善。为了推进环保型SF_(6)替代气体的研发与应用,综述了几种热门SF_(6)替代气体界面绝缘性能的研究进展。从间隙击穿特性及沿面绝缘特性、气–固界面电荷积聚特性和气体分解与气–固材料相容性对沿面绝缘特性的影响3个方面入手,讨论了SF_(6)替代气体进行工程应用的可能性。最后提出SF_(6)替代气体界面绝缘特性研究的3个方向:一是注意电压频率对新型环保气体中沿面放电的影响;二是探究新型环保气体中长期电–热–机复合应力下电荷积聚对沿面绝缘性能的影响机制;三是基于气体分解特性与气–固材料相容性对沿面绝缘性能的影响机制,对新型环保气体气–固复合绝缘系统进行优化设计。

550kV GIS盆式绝缘子小型化设计(三)——缩比结构验证

为制造经小型化设计的550 kV盆式绝缘子并验证其电气性能,采用3D打印结合环氧树脂浇注工艺制备了1:10缩比绝缘子。首先,将氧化铝填料与光敏树脂复合作为低相对介电常数(3.98~4.20)3D打印浆料,根据光固化与流变特性确定填料含量及打印参数后,利用立体光固化3D打印机制备低介电常数的绝缘子主体。随后,将二氧化钛填料与环氧树脂复合作为高相对介电常数(11.32~14.58)真空浇注浆料,浇注至3D打印绝缘子预留的高介电常数区域内,加热固化完成缩比绝缘子的制造。0.2 MPa下SF6氛围中的工频耐压实验结果表明,优化后的绝缘结构具有更优的绝缘强度。相同绝缘距离下,几何形状优化绝缘子闪络电压较常规绝缘子提高13.6%,几何形状/介电分布联合优化的绝缘子提高13.8%;绝缘距离减少15%后,联合优化绝缘子耐电强度与常规绝缘子相当;当法兰侧“楔形”气隙内存在金属丝时,相同绝缘距离下,仅进行形状优化的绝缘子耐电强度提升幅度降低至6.7%,而联合优化绝缘子由于在法兰侧形成低电场区域,闪络电压仍可提高13.1%。结果表明,几何形状/介电分布联合优化绝缘子具有显著的绝缘优势。

切向电场主导下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中环氧复合材料表面电荷积聚特性及机理研究

气固界面的电荷积聚问题是诱发沿面闪络的重要原因,而当前C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中电荷积聚特性的相关研究还不够充分。为研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷积聚特性及机理,本文通过指型电极构建极不均匀电场,测量了环氧复合材料在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中的表面电荷分布特性;进一步的,为理清表面电荷来源及迁移特性,测量了冲击电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中材料表面电位,比较了附加背板电极前后的表面电荷分布。研究表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与SF_(6)中表面电位分布形态相似,均表现为高压电极附近积聚大量同极性电荷,地电极附近积聚少量异极性电荷。随着C4F7N含量升高,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体抑制电荷积聚能力增强。表面电荷来源于气体电离和高压电极注入并且随着电场强度的改变,电荷来源也发生变化,切向电场促进了电荷沿表面向更大范围的迁移。该工作对于明确C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷积聚特性及环保型绝缘气体的推广应用具有重要意义。

直流电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中环氧复合绝缘子表面电荷积聚特性

SF中的表面电荷积聚现象已有较多报道,而CFN作为目前最受关注的环保型绝缘气体,其混合气体中的表面电荷积聚却报道较少。为研究直流电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中绝缘子表面电荷积聚现象,选择缩比型绝缘子作为实验样品,采用同轴圆柱电极结构,施加直流高压,测量0.1MPa、0.2MPa和0.3MPa以及5%、10%、15%和20%摩尔含量下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中的绝缘子表面电荷分布。实验结果表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中表面电荷形态呈现3种分布:高压电极附近不规则形状的同极性电荷注入区、高压电极附近的异极性电荷斑和绝缘子表面云状分布的双极性杂散电荷。随着气压升高,异极性电荷斑增大,注入区范围略有减少,云状电荷消失。随着CFN含量升高,注入区电荷密度、异极性电荷斑和云状电荷范围均提高。与SF相比,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体对电场更敏感,增强了气体电离和气体传导,使得气体侧产生的异极性电荷在法向电场作用下大量沉积在绝缘子表面上。在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中,绝缘子表面积聚了更多电荷,对于其实际应用,应采取一定的表面电荷抑制措施。