低温下C4F7N/CO_(2)混合气体的绝缘特性与参数配置

为提出低温下满足液化温度和绝缘要求的C4F7N/CO_(2)混合气体的参数配置,研究了C4F7N/CO_(2)混合气体在低温下的绝缘特性。首先采用实验和计算得到了不同气压和混合体积比例下C4F7N/CO_(2)混合气体的液化温度,结果表明计算得到的液化温度与实验数据较为相符。其次开展不同温度下C4F7N/CO_(2)混合气体的工频击穿试验,获得了C4F7N/CO_(2)混合气体的击穿电压随温度的变化。结果表明:气体在液化阶段的击穿电压标准差为液化后的2~7倍,且液化后混合气体的绝缘性能出现显著下降。此时击穿电压只与温度有关,基本不受混合体积比例的影响。考虑混合气体设备的应用需求,分别以–25℃和–30℃为最低使用温度,提出了满足要求的C4F7N/CO_(2)混合气体参数配置方案,可为低温下C4F7N/CO_(2)混合气体的应用提供参考。

C_2H_4-O_2混合气体直接起爆的临界能量

主要基于化学动力学和Ng模型,对C2H4-O2混合气体的爆轰胞格尺寸进行预测;结合Lee表面积能量模型,预测物质在不同初始压力和化学当量比的条件下,直接起爆引起球面爆轰的临界起爆能量。直接起爆实验主要采用高压电点火提供起爆能量,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。结果表明,理论预测与实验值较吻合。首先,通过化学动力学计算得出ZND模型的爆轰参数,利用Ng模型得出爆轰胞格尺寸与ZND诱导区长度之间的比例因数A在不同初始压力与当量比的条件下分别为:A=43.815(1+p1/p0)-0.123 71和A=8.531exp(φ/3.135)+28.644,在此基础上对爆轰胞格尺寸进行定量预测。胞格尺寸的理论预测与实验结果吻合。其次,把爆轰胞格尺寸作为中间特征参数并结合Lee的表面积能量模型,提出可以预测临界起爆能量的定量模型,并得出C2H4-O2混合气体直接起爆的临界起爆能量与初始压力和化学当量比的参量拟合关系分别为Ec=0.332(p1/p0)-2.017和Ec=exp[3.951(φ-1.401)2-1.9]。

O2对C4F7N-N2-O2混合气体绝缘和放电分解特性的影响

由于C4F7N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O2后对C4F7N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)O2的C4F7N-N2-O2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C4F7N-N2混合气体中加入一定含量的O2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O2的C4F7N-N2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O2的加入能够抑制固体物质碳析出;另外,O2的加入促进了混合气体的分解,产生了CO2、COF2等特征产物。随着O2含量的进一步提高,混合气体分解产生的CF4含量显著升高,而C2F6、C3F8等产物含量降低。综合来看,实际工程应用中建议在C4F7N-N2-O2混合气体中加入4%~6%的O2,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。

H_2,CO,CH_4多元爆炸性混合气体支链爆炸阻尼效应

对多元爆炸性混合气体爆炸的阻尼效应 ,进行了比较系统的研究 ,实验表明 :“惰性气体”N2 ,CO2 与水蒸汽对多元混合气体支链爆炸具有一定的抑制作用 ;甲烷与石油液化气对含H2 易爆混合气体支链爆炸具有明显的阻尼效应 .这对指导支链燃烧与支链爆炸的实践 ,关于工业尾气与废气的安全回收 ,有关爆炸性混合气体的置换技术的改进 ,以及工业与矿井混合气体爆炸事故的预防 。

C_4F_8/N_2混合气体局部放电特性实验研究

由于SF6气体的温室效应,减少或杜绝SF6气体的使用已成为共识。从局部放电(partial discharge,PD)性能的角度探讨了用C4F8/N2混合气体代替SF6气体用于气体绝缘设备的可行性。通过试验测量C4F8/N2混合气体在不同气压、不同混合比、不同电极距离情形下的局部放电起始电压,得到了这3种因素对混合气体局部放电性能的影响,并与纯SF6气体的局部放电起始电压做了对比。结果表明:纯C4F8气体的局部放电起始电压是纯SF6气体的1.3倍左右;C4F8气体与N2气体具有协同效应,协同系数在0.45左右;C4F8/N2混合气体的局部放电能力与同混合比的SF6/N2混合气体的相似。因此,综合考虑液化温度、环境影响、局部放电性能后,C4F8气体含量在10%～20%的C4F8/N2混合气体有可能替代SF6气体用于气体绝缘设备。

高气压下环保型C4F7N/CO2混合气体工频击穿特性

全氟异丁腈(C4F7N)及其混合气体是近年来被广泛关注的可能替代六氟化硫(SF6)的新型环保绝缘气体。为了探究C4F7N/CO2 混合气体应用于高气压电气设备的潜力,利用气体绝缘特性实验平台对C4F7N/CO2 混合气体在不同混合比、不同气压下的工频击穿特性进行了实验研究,并与相同条件下的SF6 进行了对比,同时结合饱和蒸气压特性探讨了C4F7N/CO2混合气体应用于工程实际时的混合比选取范围。研究发现,C4F7N/CO2 混合气体的击穿电压随气压和混合比的升高呈饱和增长趋势,C4F7N 体积分数分别为10%和20%的C4F7N/CO2 混合气体可以达到相同条件下SF6 绝缘水平的80%和95%以上,C4F7N 与CO2 气体之间存在协同效应。综合工频击穿强度、液化温度等因素,体积分数4%~12%的混合气体具备应用于高气压(0.4~0.6 MPa)气体绝缘设备的潜力。

C2H4/N2O预混气体的爆轰性能与火焰淬熄特性

采用自制的燃爆实验装置对C2H4/N2O预混气体的爆轰性能与火焰淬熄特性进行了实验研究。结果表明:在大直径有机玻璃管中预混气体均经历了爆燃转爆轰过程,点火初期火焰速度及加速度在内径为5、10和15 mm的管道中依次减小;预混气体中加入CO2(2.4%,质量分数)后,火焰加速进程明显延缓,点火初期处于稳定燃烧阶段;预混气体的稳定爆速为2 207 m/s,爆压为3.92MPa,与理论值一致;常压下预混火焰在小直径不锈钢管中的临界淬熄管径为0.5~0.7 mm,预混气体火焰传播速度越大,管径越大,淬熄越困难。依据淬熄管径、湍流火焰速度和淬熄管道长度的关系,可计算防回火管道的有效长度,从而为防回火装置设计提供参考。

油中溶解C_2H_4气体的光声探测

光声光谱气体分析技术灵敏度高,不消耗被测气体,克服了传统的变压器检测的气相色谱分析方法的缺点。文中采用了光声光谱法对C2H4气体进行探测,论述了光声信号的产生原理,用CO2激光器作光源对C2H4气体浓度进行了测量,证实了该技术在油中溶解气体浓度测量中的实用价值。

温度对C4F7N/CO2混合气体工频放电场强的影响规律

C4F7N/CO2混合气体有潜力替代SF6气体应用于气体绝缘全封闭组合电器(GIS)或环保气体绝缘管道(GIL)等电气设备中作为绝缘电介质,掌握其绝缘性能是进行电气设备绝缘设计的基础。电气设备在实际运行中会遇到不同的环境温度,有必要研究温度变化时C4F7N/CO2混合气体的绝缘性能。常温下C4F7N/CO2混合气体的绝缘性能已有较多研究,但鲜见不同温度下的研究。该文研究了-35~20℃温度范围内,温度对C4F7N/CO2混合气体的工频放电场强的影响规律,建立C4F7N/CO2混合气体的放电场强随温度变化的计算模型。为验证计算模型,开展不同温度下的工频放电试验,采用球板电极下的放电试验得到初始充气压力0.7MPa和0.6MPa下,混合比例9%C4F7N/91%CO2混合气体在不同温度下的工频放电电压,得到0.7MPa下混合比例为9%C4F7N/91%CO2混合气体的液化温度约为-19℃,0.6MPa下的液化温度约为-23℃,试验结果验证了计算模型的有效性。同时发现C4F7N/CO2混合气体在发生液化后,其工频放电场强随温度降低而显著降低。利用该文的计算模型研究0.6MPa和0.7MPa下不同混合比例的C4F7N/CO2混合气体的工频放电场强随温度的变化,获得了不同混合比例不同温度下C4F7N/CO2混合气体的工频放电场强。

N_2O/C_2H_4/CO_2预混气体火焰传播及爆炸特性的试验研究

为了研究N_2O/C_2H_4/CO_2预混气体的火焰传播及爆炸特性,采用内含螺旋加速环,长200cm、内径1.5cm的有机玻璃管装置,用电阻丝点火的方式进行预混气体的燃烧爆炸试验;利用压力传感器测量爆炸压力和爆轰速度,并利用高速摄影仪测量燃烧时的火焰速度;采用C-J理论计算了预混气体的理论爆速和理论爆压。结果表明,预混气体在燃烧管内快速燃烧,火焰呈对称的Tulip结构,最大火焰速度为2 235.2m/s;除距离点火10cm处外,其余7个传感器压力陡然上升,均出现冲击波,其中100cm处的压力峰值最大为4.66MPa,冲击波的最大速度为2 247m/s;C-J理论爆速为2 366.75m/s,理论爆压为4.26MPa,最大火焰速度和最大冲击波速度与C-J理论爆轰速度的偏差分别为5.54%和5.06%,试验结果与理论值基本一致。

C_2H_2F_4气体保护下镁及镁合金的熔炼研究

实验研究了C2H2F4 混合气体对镁及镁合金在熔炼过程中的保护效果,并对其保护机理进行了探讨。结果表明:含0.3%体积浓度的C2H2F4 保护气体可以较好地起到保护作用;气体浓度越高,温度越低,保护效果越好;C2H2F4 混合气体与镁熔液反应生成了一层致密的MgO与MgF2 复合保护膜,起到了保护作用。

C_4F_7N/CO_2混合气体在均匀和极不均匀电场下的工频绝缘性能

因C_4F_7N/CO_2混合气体的绝缘强度高,全球变暖潜力值小,作为SF_6的潜在替代气体备受关注。在均匀电场与极不均匀电场下通过工频击穿试验研究气压、混合比例对C_4F_7N/CO_2混合气体工频击穿电压的影响。结果表明:0.1～0.4 MPa气压范围内,C_4F_7N/CO_2混合气体在均匀电场下击穿电压随气压线性增加,在极不均匀电场下出现明显"驼峰"。均匀电场下7%C_4F_7N/93%CO_2混合气体的绝缘强度约为SF_6的0.8倍。C_4F_7N占比为9%～13%的C_4F_7N/CO_2混合气体具有与SF_6相当的工频绝缘强度。在极不均匀电场下,C_4F_7N占比为7%～13%的C_4F_7N/CO_2混合气体工频击穿电压依然可达到SF_6的0.79～0.86倍。通过与SF_6对比工频耐压,得出C_4F_7N占比为7%～13%的C_4F_7N/CO_2混合气体具有替代SF_6气体的潜力。

c-C_4F_8/N_2混合气体稍不均匀电场下绝缘性能及放电分解产物的试验研究

SF6存在液化温度高和温室效应两大问题,电力行业发展急需新型环保气体。本文对cC_4F_8/N_2混合气体的绝缘性能进行了试验研究,测量了在稍不均匀电场中,不同气压强度以及混合比例条件下的工频交流击穿电压,结果表明,在实验条件范围内,击穿电压随着气压和c-C_4F_8占比的上升而上升;将实验结果与SF6比较发现c-C_4F_8/N_2混合气体具备和SF6相当的绝缘性能。此外,本文还对混合气体击穿后的气体进行了检测,发现了分解产物C_2F_4。本文为今后c-C_4F_8/N_2混合气体在电力行业中的实际应用提供了参考。

等离子体氟化改性环氧树脂及其在C4F7N/CO2混合气体中电气性能研究

气体绝缘全封闭组合电器(GIS)/气体绝缘输电线路(GIL)长期运行中绝缘子表面积聚的电荷严重威胁电气设备的稳定运行,改善绝缘材料表面化学物理性质能有效提升其绝缘性能。该文采用低温等离子体技术对环氧树脂绝缘试样进行氟化改性处理,通过原子力显微镜(AFM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线光电子能谱(XPS)分析了改性前后绝缘试样的微观物理形貌及化学组分。等离子体处理可以高效可控地在环氧树脂表面大面积接枝氟元素,样片表面粗糙度随着改性处理时间呈现先增大后降低的现象,改性处理后样片的空穴陷阱能级略有变深、电子陷阱能级先变浅后变深。改性处理10min样片在C4F7N/CO2混合气体中的交直流沿面放电均达到最大值。实验结果表明适当的氟化处理造成表面粗糙度的增加,导致爬电距离增加,正电荷消散变慢,负电荷消散变快,最终使得样片的闪络电压得到了提升。过度的氟化处理使得样片基体结构受损,氟元素剥离,最终造成绝缘强度下降。

工频电压下电场不均匀度对C4F7N/CO2混合气体绝缘性能的影响

近年来,环保气体C4F7N被人们广泛研究来取代SF6在气体绝缘设备中的地位。为较为全面地揭示不同电场分布、气压、混合比例条件下C4F7N/CO2混合气体的工频击穿特性及其工程应用配置方案,计算了不同C4F7N混合比例、气压下C4F7N/CO2混合气体的液化温度,通过不同电极形式下该气体的工频击穿试验,得到不同条件下C4F7N/CO2混合气体和SF6的击穿特性。试验发现,在电场不均匀度增大过程中,C4F7N/CO2混合气体出现了击穿电压突变的N型曲线特征,SF6也表现出类似的现象。此外,根据C4F7N/CO2混合气体液化温度为–10℃的限制,当气压范围在0.3 MPa及以上且电场不均匀度为1.05、1.58、9.6、13.8和22.5时,其C4F7N体积分数需要分别达到9%、5%、7%、5%、5%,才能使得C4F7N/CO2混合气体绝缘强度可达到SF6绝缘强度的0.8倍;若要求C4F7N/CO2混合气体绝缘强度达到SF6的0.9,则需提高C4F7N体积分数至13%及以上。

电场不均匀度对C4F7N/CO2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C4F7N/CO2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,C4F7N/CO2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SF6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,C4F7N/CO2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C4F7N/CO2(5%~20%)>SF6>CO2。

C_4F_7N/CO_2混合气体中环氧绝缘子雷电冲击沿面绝缘特性

C_4F_7N/CO_2混合气体作为环保型绝缘气体,有望在未来取代SF_6,但目前对其绝缘子的沿面闪络特性鲜有研究。为此,搭建了沿面闪络试验平台,建立了基于PRSV方程的气体混合方法,开展了均匀电场下C_4F_7N/CO_2混合气体的冲击沿面闪络特性研究,分析了摩尔分数、气压、沿面距离和绝缘子直径对50%冲击沿面闪络电压的影响,并与相同条件下的SF_6进行对比。研究发现,随着气压或摩尔分数的增加,沿面闪络电压呈饱和增长趋势。5%C_4F_7N/95%CO_2混合气体相对沿面闪络强度为SF_6的70%以上;9%C_4F_7N/91%CO_2的相对绝缘强度为SF_6的80%以上;13%C_4F_7N/87%CO_2的相对绝缘强度为SF_6的90%以上。随着沿面距离的增加,闪络场强基本稳定,而绝缘子直径对沿面闪络电压的影响可以忽略。此外,拟合获得了不同摩尔分数的C_4F_7N/CO_2混合气体的沿面闪络电压经验公式。

环保型C4F7N/CO2混合气体在极不均匀电场下的雷电冲击绝缘特性

C4F7N/CO2混合气体作为最新一代的环保型绝缘气体,具有优良的电气性能和低温室效应潜能值,有极大的替代SF6的应用前景。目前,国内外的相关研究才刚刚起步。使用针–板电极模拟极不均匀电场,实验研究C4F7N/CO2混合气体的雷电冲击击穿特性,分析气压、间距、混合比例等因素对混合气体绝缘特性的影响及其极性效应,并与相同条件下纯SF6进行对比。结果表明:极不均匀电场中,C4F7N混合比5%~10%的C4F7N/CO2混合气体正极性雷电击穿电压随气压的升高呈现明显饱和趋势,存在显著的"驼峰"现象,而负极性时击穿电压在较高气压时才逐渐趋于饱和;混合比为5%的C4F7N/CO2混合气体正极性雷电击穿电压最高能够达到相同条件下SF6的0.8倍,混合比为10%时最高可达相同条件下SF6的0.9倍,负极性时C4F7N/CO2混合气体相对SF6绝缘强度略低于正极性;极不均匀电场中,C4F7N/CO2混合气体雷电击穿电压存在明显的极性效应和极性反转现象,总体上负极性击穿电压显著高于正极性,仅在较低气压时正极性稍高。研究结果表明,C4F7N/CO2混合气体非常有潜力替代SF6。

C4F7N/CO2混合气体对局部不均匀电场的敏感特性

电亲和性气体的放电电压对不均匀电场分布较敏感,高压电气设备电极表面存在的表面粗糙度效应会凸显,从而降低气体绝缘性能。C4F7N/CO2混合气体是一种有潜力的SF6替代气体,有必要研究C4F7N/CO2对不均匀电场分布的敏感特性。该文从理论上分析电极表面粗糙引起的局部电场畸变,计算电场畸变程度对C4F7N/CO2绝缘性能的影响,提出采用优异值来评估C4F7N/CO2混合气体对不均匀电场的耐受能力。与SF6气体对比,发现C4F7N/CO2的优异值随C4F7N含量的降低而增大;当C4F7N体积分数低于20%时,C4F7N/CO2混合气体的优异值比SF6气体的优异值大。为验证计算结果,制作粗糙电极放电模型进行C4F7N/CO2混合气体和SF6气体的放电试验,获得了C4F7N/CO2混合气体和SF6气体的优异值,与计算结果接近。若采用C4F7N/CO2混合气体的设备具有与采用SF6气体相同的绝缘性能时,分析表明当C4F7N体积分数为4%~20%范围时,SF6气体绝缘设备中电极表面粗糙度控制值6.3μm的标准适用于C4F7N/CO2混合气体设备。

C4F7N/CO2混合气体中252kV盆式绝缘子工频沿面闪络特性研究

研究SF6替代气体及其在气体绝缘设备中应用的可行性是近年来电气工程领域的热点之一。C4F7N是一种全球变暖潜能值低、绝缘性能优异的环保型绝缘气体,它与CO2组成的混合气体有望完全替代SF6。该文通过试验研究C4F7N含量为5%、9%、13%的C4F7N/CO2混合气体中252kV盆式绝缘子的工频耐压和沿面闪络特性,并与0.5MPa SF6中的实验结果进行对比。结果表明:绝大部分沿面闪络发生在盆式绝缘子的凹面侧而非凸面侧;C4F7N/CO2混合气体的沿面闪络电压随气压的上升而升高;相同气压下,沿面闪络电压随着C4F7N含量的增加而升高,并存在饱和趋势。0.6MPa下9%C4F7N/91%CO2与0.5MPa下SF6中绝缘子的沿面闪络电压近似相等。最后结合实验数据和仿真结果,制定了绝缘件的电场强度设计基准。