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。

浅谈如何提高烤烟C4F等级的收购质量

通过对烤烟收购中C4F等级合格率低、纯度差问题的原因分析,针对影响质量问题因素,提出在烟农培训上采取现场培训指导、典型烟农对比宣传引导、收购引导等措施,提高烟农分级水平,改变烟农观念;在评级队伍培训上实行培训合格聘用上岗制度,增强评级技能水平和对C4F等级的识别能力;在收购管理上实行每天“早、中”收购眼光平衡制度,不定时、不间断巡查制度,打包管理责任制度,采取考核通报、现场处罚、停秤整改、重大质量问题责任追溯等管控措施,切实提高了C4F等级的收购质量。

C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体热力学物性参数计算

环保型绝缘介质C4F7N及其混合气体的热力学物性参数的研究对了解其使用范围及应用前景具有参考价值。因此,采用Riedel蒸气压方程和Raoult定律计算了不同混合配比下C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体的饱和蒸气压;基于P-R状态方程计算了C4F7N/CO2和C4F7N/N2的压缩因子和密度,根据分子结构特征,采用Joback基团贡献法和Thodos法计算分析了两种混合气体的定压比热容和粘度。计算结果表明:若要气体绝缘开关设备和气体绝缘输电管道在0.5MPa下运行时绝缘介质的液化温度≤253K,混合气体中C4F7N摩尔分数分别应≤8%和≤10%,该摩尔分数下混合气体各自的全球变暖潜能值分别约为SF6的2.45%和3.83%,温室效应较小。上述条件下,两种混合气体均趋于理想气体状态,压缩因子接近于1,两种混合气体中的C4F7N含量虽少,但对其混合气体的定压比热容贡献较大,而对粘度贡献不大。所得结果可为C4F7N/CO2和C4F7N/N2两种环保混合气体熄弧特性及其在GIS和GIL中的应用研究提供基础数据。

C4F7O-CO2混合气体自由燃弧电弧特性实验研究

C4F7N-CO2混合气体有可能替代SF6作为绝缘和灭弧介质,研究其燃弧特性具有重要意义。文中通过棒-棒电极下的自由燃弧实验,研究了CO2、体积分数40%C4F7N-60%CO2以及SF6几种气体的电弧特性。实验中测量了电弧电压、电流、零区特性以及光谱分布等众多参量,基于Mayr电弧模型分析了电弧能量累积和耗散过程,结合Abel逆变换和玻耳兹曼斜率法得到电弧径向温度分布。实验发现:CO2气体电弧稳定性极差,燃弧期间电弧电压高于SF6电弧且多次剧烈波动,加入C4F7N后,电弧稳定性得到改善,电弧电压降低;加入C4F7N后,自由燃弧期间其电弧能量累积量减小,电流过零前的能量耗散系数降低;电流峰值时刻CO2、40%C4F7N-60%CO2以及SF6几种气体电弧弧芯温度分别为20000、18900、14900 K,电弧直径分别为13、17、23 mm,C4F7N对降低CO2电弧弧芯温度有明显作用。

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。

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。

环保绝缘介质C4F7N/CO2/O2混合气体的放电分解特性

近年来,环保绝缘介质C4F7N/CO2混合气体凭借优良的绝缘性能得到了广泛关注。为避免C4F7N/CO2混合气体在高能放电后出现碳析出,需要加入O2作为第二种缓冲气体。然而目前鲜有针对C4F7N/CO2/O2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O2的C4F7N/CO2/O2混合气体的放电分解特性进行了分析。研究发现,C4F7N/CO2/O2混合气体多次击穿后分解的主要产物有CF4、C2F6、C3F8、CF3CN、C2F5CN、C3F6、CO、COF2、C2N2等,其中CF4、CO、C2F6的生成量相对较高。当O2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O2的体积分数进一步升高,主要分解产物中CF4、CO的生成量会持续下降,相反COF2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。

基于芽孢杆菌固态发酵技术提高广西河池C4F烟叶品质的研究

采用芽孢杆菌ZZ-8(Bacillus sp.ZZ-8)固态发酵技术处理广西河池地区C4F烟叶,通过单因素试验和响应面试验确定最佳发酵条件,分析发酵后烟叶常规化学成分和致香成分含量变化,结合感官评吸评价发酵后烟叶的吸食品质。结果表明:接种量为3 mL、发酵温度为28℃、发酵时间为36 h、相对湿度为60%时烟叶石油醚提取物质量分数最高,为9.01%;在该条件下发酵烟叶,烟叶总糖质量分数由23.10%降低至22.20%,还原糖质量分数由22.19%提高至22.40%,糖碱比由10.23降低至9.45;烟叶经菌株发酵后产生了苯甲醛和β-环柠檬醛2种新物质,致香成分总含量由170.444μg/g提高到186.267μg/g,其中大马酮、茄酮、巨豆三烯酮、二氢大马酮、香叶基丙酮和二氢猕猴桃内酯等香味成分含量变化较大;发酵后烟叶香气质有所提升,刺激性和杂气均降低,烟气细腻柔和,余味舒适,吸食品质提高。

1100 kV GIL快速接地开关分闸过程C4F7N/CO2混合气体介质绝缘强度计算分析

GIL快速接地开关气室内介质的绝缘强度受介质种类、分合闸速度及气室压强等因素的影响。针对1 100k VGIL超B类快速接地开关空载分闸过程,计算以环保型混合气体C4F7N/CO2为绝缘介质时,气室内气流动态变化过程和电场分布,并依据气体击穿判据,计算不同混合气体配比、分闸速度和气室压强下介质的临界击穿电压,分析介质发生绝缘击穿的情况,结合液化温度,提出满足绝缘要求的混合气体配比、分闸速度和气室压强。研究结果表明：接地开关在分闸过程中,除动、静触头间隙外,动触头和静端屏蔽罩之间同样是介质击穿的薄弱区域;当气室压强为0.45 MPa、分闸速度为2.9 m/s、开距为11 mm时,20%C4F7N/80%CO2的最小相对绝缘强度分别是15%C4F7N/85%CO2的1.12倍和SF6的1.02倍;开关充0.45 MPa的20%C4F7N/80%CO2气体、分闸速度提高至8.7 m/s时,同一时段内的临界击穿电压上升率提高了2.12倍;绝缘介质为20%C4F7N/80%CO2、速度为8.7 m/s时,提升气室压强至0.55MPa后,临界击穿电压始终大于瞬态恢复电压（TRV）,接地开关空载分闸过程有极小可能发生介质绝缘击穿。综合考虑绝缘和液化温度要求,接地开关气室应充0.55 MPa的20%C4F7N/80%CO2,分闸速度选用8.7 m/s。

C4F7N/N2混合气体在极不均匀电场下的局部放电特性

C4F7N是一种极具应用潜力的SF6替代气体。试验研究了环保型气体绝缘介质C4F7N/N2混合气体的局部放电特性,测试了混合气体的局部放电起始电压并与纯SF6气体进行了对比,探究了混合比、气压对混合气体绝缘性能的影响情况。研究发现含C4F7N2%~12%的C4F7N/N2混合气体的PDIV-、PDIV+随气压的增长而增大,但绝缘性能均弱于相同条件下纯SF6。相同气压下C4F7N/N2混合气体的绝缘性能随混合比的增加而增加;低气压下增加混合比能够显著提升混合气体的绝缘性能,高气压(0.5~0.6 MPa)下混合气体的相对绝缘性能随混合比的增加呈现饱和增长趋势。相关研究成果为C4F7N/N2混合气体的工程应用提供了重要参考。

C4F7N/CO2混合气体在中压负荷开关中的开断性能实验研究

SF6气体因介电强度高、灭弧能力强等特点被广泛应用于中压气体绝缘环网柜中。然而SF6气体具有高的温室效应,为减少SF6气体的使用量,采用环保混合气体来达到与SF6相近的绝缘与灭弧性能,同时满足高压电器在可靠性和小型化等方面的要求是一项非常重要的研究内容。文中采用压气式负荷开关搭建开断实验平台,按照GB/T 3804—2017标准中有功负载开断要求对混合比例20%C4F7N+80%CO2、12%C4F7N+8%O2+80%CO2的混合气体和不同分闸速度的情况在实验平台上进行了开断实验,根据实验结果对这两种混合气体的开断性能进行了分析。开断实验后,发现电弧在C4F7N/CO2混合气体中燃烧产生了黑色固体分解物,并用X射线衍射(X⁃ray diffraction)方法对分解物进行了检测和分析,验证了其成分和导电性。

提高烤烟C4F收购等级合格率的途径

烤烟C4F是中部烟叶相对其他等级价廉物美的一个等级,其配伍性强,工业企业需求量大。近年来,由于烟叶收购站点的收购人员、预检人员和烟农对C4F的标准把握不准确,造成C4F及其相邻等级收购等级合格率偏低。因此,通过研究提高C4F等级合格率的途径,对提高烟草等级的合格率具有重要的意义。

外电场下C4F7N分子的结构与特性

C4F7N作为优质的SF 6环保型替代气体而备受关注.为了研究外电场对C4F7N分子结构和性能的影响,本文采用密度泛函明尼苏达M06-2X方法分别在6-311g(d,p)基组和aug-cc-pVTZ基组水平上对C4F7 N分子进行优化,分析了不同外电场(0-0.040 a.u.,1a.u.=5.142×1011 V/m)作用下分子的结构和能量变化,外电场对分子红外光谱、ADCH电荷、偶极矩以及极化率的影响.研究结果表明:随着电场的增强,分子各键长均发生变化,其中R(1,4)、R(4,5)、R(1,12)、R(2,7)变化明显,R(1,4)、R(4,5)键长逐渐伸长,R(1,12)、R(2,7)键长逐渐缩短,分子总能量降低,偶极矩和极化率升高,C 4 F 7 N分子稳定性随着电场的增强而降低;分子红外光谱高频区吸收峰较为密集,且既有红移也有蓝移;ADCH原子电荷发生显著变化.

C4F7N/N2混合气体的分解机理研究

近年来,C4F7N(2,3,3,3-四氟-2-(三氟甲基)-丙腈)凭借优良的绝缘和环保性能得到了替代气体研究领域的广泛关注。目前针对C4F7N混合气体分解特性的研究较少,为明确其分解特性,文中基于ReaxFF分子动力学方法和量子化学DFT理论对C4F7N/N2混合气体的分解机理进行了研究,同时利用气体绝缘性能测试平台配合气相色谱质谱联用仪对C4F7N/N2混合气体多次工频击穿后的放电分解产物进行了检测。研究发现C4F7N/N2混合气体的主要分解产物有CF4、C2F6、C3F8、CF3CN、C2F4、C3F6和C2F5CN,其中C2F6、CF4及CF3CN的相对含量较高;ReaxFF-MD分子动力学模拟显示CF3,CN,F和C3F7是C4F7N分解形成的4种最为重要的自由基碎片。该研究成果深入揭示了C4F7N/N2混合气体的分解机理,为混合气体的工程应用提供了重要参考。

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。

C4F7N/CO2混合气体中尖端缺陷的流注放电仿真研究

为了探究新型环保气体中流注的产生机理和发展过程,为局部放电的光学检测和可靠诊断提供理论基础,通过COMSOL仿真直流电压下C4F7N/CO2混合气体中针板模型一次流注到二次流注的放电过程,将电子和离子的产生与运动通过连续性方程进行表示,获得流注发展过程中电场的变化规律和光通量的密度分布。仿真结果表明,当一次流注头部靠近阴极时,光通量将呈指数增长;随后空间电荷将迅速地重新分配,阴极处的电子将通过流注通道进入阳极,一次流注的等离子体鞘层被破坏,流注体内部的电场上升;随着通道的导电性降低,电荷重新分配结束,二次流注开始向阴极发展。二次流注与一次流注相比,流注体内的电场分布与光通量分布更加均匀,传播速度也相对较慢。

C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体工频击穿实验与协同效应分析

为获得C4F7N混合气体最优缓冲气体类型,测量了均匀电场0.1~0.7 MPa下,5%~20%C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体的工频击穿强度,并分析了2种混合气体的协同特性。基于密度泛函理论的M06-2X-D3/6-311G(d,p)方法建立并优化C4F7N、CO2、N2分子及C4F7N与CO2、C4F7N与N2的双分子复合物构型,并由M06-2X-D3/6-311+G(d,p)方法获得分子/复合物总能量、相互作用能和键能等。实验和理论计算结果表明,C4F7N/CO2和C4F7N/N22种混合气体绝缘强度随混合比例变化时均表现出协同效应,且2种混合气体的协同效应随C4F7N占比的增大而增强,同时C4F7N/CO2混合气体协同效应和绝缘强度都强于C4F7N/N2混合气体;C4F7N与CO2双分子间的相互作用强于C4F7N与N2双分子结构。研究发现,C4F7N混合气体协同效应与分子间相互作用存在一定的关联性,可通过计算C4F7N与缓冲气体分子的相互作用定性分析C4F7N混合气体协同效应的强弱。

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。