环保型C_(5)F_(10)O混合气体设备研制现状与展望

电气设备中温室气体SF_(6)对全球气候变暖的影响愈来愈受到重视,新型绝缘介质全氟戊酮C_(5)F_(10)O因优异的环保性能成为本领域的研究热点。纯C_(5)F_(10)O液化温度高,不宜直接在电气设备中应用,需要与液化温度较低的缓冲气体混合使用。文中通过总结C_(5)F_(10)O混合气体理化特性、绝缘特性、放电分解特性及其与电气设备内部常见金属材料的相容特性,发现C_(5)F_(10)O混合气体具有优良的分解特性;通过选择合适的混合方案,选用与C_(5)F_(10)O相容性良好的材料,C_(5)F_(10)O混合气体具备作为绝缘介质在电气设备中应用的潜力。现阶段国内外已经有环保型C_(5)F_(10)O混合气体绝缘设备工程示范应用案例,相关成果可为C_(5)F_(10)O混合气体设备的扩大应用提供支撑,助推中国能源行业绿色低碳转型。

环保绝缘介质C_(5)F_(10)O混合气体体积分数比定量检测

C_(5)F_(10)O混合气体在中低压电压等级电气设备中替代SF_(6)气体作为绝缘介质具有很好的应用前景。因C_(5)F_(10)O的体积分数比对其混合气体的电气性能起到决定性作用,而已有的研究中,C_(5)F_(10)O混合气体大多是采用道尔顿分压法配制,存在配气误差无法确定的问题。该文基于紫外差分光谱法提出快速准确的定量检测C_(5)F_(10)O混合气体体积分数比的方法,实验发现,C_(5)F_(10)O气体在237~350nm波段有紫外吸收峰,峰值位于299nm处,通过对C_(5)F_(10)O气体的吸收峰进行检测,标准气体的体积分数比反演曲线线性确定系数高达0.99998,检测绝对误差小于0.05%,理论检测下限低至200×10^(-6)。该文的研究成果可用于指导配制体积分数比更加精确的C_(5)F_(10)O混合气体以及在工程应用中实时在线监测C_(5)F_(10)O混合气体的体积分数比变化和监测环境中C_(5)F_(10)O的泄漏,为运维人员制定运维计划提供参考。

环保型绝缘气体C_(5)F_(10)O与密封材料三元乙丙橡胶和丁腈橡胶的相容性

C_(5)F_(10)O混合气体具有在中低压气体绝缘设备中替代SF6的潜力,但其与现有气体绝缘设备常用密封材料的长期相容性目前仍未揭示,这为C_(5)F_(10)O在电力工业中的应用带来了挑战。为此,以现有气体绝缘设备最常用的三元乙丙(ethylene propylene diene monomer,EPDM)和丁腈橡胶(nitrile butadiene rubber,NBR)为研究对象,通过28 d的热加速老化实验来模拟C_(5)F_(10)O与橡胶在设备中的长期共存过程,结合光电子能谱和气相色谱检测,分析了两种典型橡胶与C_(5)F_(10)O长期作用后的密封性能和C_(5)F_(10)O的稳定性。结果表明:在长期共存条件下,C_(5)F_(10)O与两种橡胶均会发生反应,生成CO、CO_(2)、C_(3)F_(6)、C_(3)F_(7)H等分解产物;三元乙丙和丁腈橡胶的压缩模量在28 d热加速老化后分别下降为原本的90.6%和88.4%;与C_(5)F_(10)O发生反应后,橡胶表面出现原本不存在的F元素,且主要以C—F键和Zn—F键的形式存在,因此两者间的相互作用不仅与橡胶中的主体共聚物有关,还与橡胶中广泛使用的ZnO等补强剂有关。该研究结果表明三元乙丙和丁腈橡胶与C_(5)F_(10)O相容性较差,在相关设备的运维中需对密封材料采取保护措施或固定其更换周期。

TiCl_(4)/Al(Et)_(3)催化混合C_(10)烯烃合成中黏度PAO基础油的研究

以TiCl_(4)为主催化剂,混合C_(10)烯烃为原料,Al(Et)_(3)为助催化剂,环己烷为溶剂,催化混合C_(10)烯烃聚合制备中黏度PAO基础油,探究溶剂极性、反应温度、催化剂用量、铝钛摩尔比、反应时间对聚合转化率与产品性能的影响。结果显示:在以环己烷为溶剂、TiCl_(4)催化剂用量为混合C_(10)烯烃的3.0%(质量分数)、Al/Ti摩尔比为1.0、反应温度为85℃、时间为3.0 h时,混合C_(10)烯烃的转化率最高为63.29%,100℃黏度为27.11 mm^(2)/s,黏度指数为124,倾点为-45℃。聚合产物性能满足中黏度PAO基础油的使用要求,提升了混合C_(10)烯烃的高附加值。

准均匀电场下C_(5)F_(10)O/干燥空气与C_(5)F_(10)O/N_(2)的绝缘特性

SF 6因优异的电气特性广泛应用于电器绝缘设备中,但其产生的温室效应对大气环境具有极大损害。近年来,C_(5)F_(10)O作为一种环保型SF 6潜在替代气体受到国内外科研工作者的关注。为进一步探究C_(5)F_(10)O/干燥空气与C_(5)F_(10)O/N_(2)的绝缘特性,文中利用气体绝缘性能测试平台,对不同气压、不同C_(5)F_(10)O分压下的2种混合气体在准均匀电场下进行工频击穿试验。实验结果表明,C_(5)F_(10)O混合气体绝缘强度随气体压强的增大而增大;提高C_(5)F_(10)O分压亦可提高两类缓冲气体的绝缘强度,且对N_(2)绝缘强度提升相对值大于干燥空气。从绝缘强度考虑,适当增大C_(5)F_(10)O混合气体气压和C_(5)F_(10)O分压,C_(5)F_(10)O/干燥空气比C_(5)F_(10)O/N_(2)混合气体更具潜力替代室内中低压设备中的SF 6。

环保绝缘气体设备研发与应用进展

SF_(6)在中、高压气体绝缘输配电设备中被广泛使用。然而,SF_(6)作为一种强温室气体,其全球变暖潜能值高达CO_(2)的23500倍且大气寿命长,由于SF_(6)气体作为绝缘气体在电气设备中的大量使用,致使其在大气中的浓度持续增加。为践行“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推动电网设备选型向绿色环保领域迈进,环保型气体绝缘介质及设备研发成为热点。近年来,全氟化酮、全氟化腈及其混合气体凭借优良的绝缘及环保性能被广泛关注,被认为是极具潜力的SF_(6)替代气体。文中阐述了常见环保型气体绝缘介质的基础特性,分析了其应用于气体绝缘输配电设备的可行性,并介绍了近年来国内外环保绝缘气体设备的研发与应用进展;最后,展望了环保绝缘气体应用面临的问题及未来的发展趋势。