SF_(6)替代气体C_(4)F_(7)N/CO_(2)喷口灭弧性能分析

近几年,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体因为较低的温室效应和优异的绝缘性能受到广泛关注,但是C_(4)F_(7)N的电弧分断性能实验昂贵、费时,所以文中以SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体为研究对象,建立了在固定开距直流电源条件下的电弧模型。通过电弧累计能量和电导的计算结果分析SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧性能,通过对径向温度、物性参数的分析和能量运输的计算分析SF_(6)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的换热机理研究。结果表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的电弧特性比较接近SF_(6)气体,可以通过适当提高气压和C_(4)F_(7)N气体占比来提高C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧性能,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的能量交换方式也和SF_(6)气体比较接近,说明C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体有较好的灭弧性能,为其在SF_(6)替代气体断路器的应用提供参考。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体自由燃弧特性仿真研究

目前电力行业中采用C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体作为绝缘介质替代SF_(6)的可推广性较高,但对其灭弧性能的研究仍有待深入。文中基于磁流体动力学(MHD)理论模拟了棒—棒电极间隙的自由燃弧动态过程,计算了0.6 MPa的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体(C_(4)F_(7)N占比分别为7%、10%、20%)和SF_(6)的电弧伏安特性。研究结果表明:C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在轴向的扩散能力强于SF_(6)气体;与C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体相比,SF_(6)气体的燃弧温度更低,增大C_(4)F_(7)N的比例可降低燃弧温度;在燃弧过程中SF_(6)气体的电弧电压最低,增加C_(4)F_(7)N的比例对降低混合气体的电弧电压效果明显。

C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体多次放电后的绝缘性能劣化研究

C_(4)F_(7)N气体由于具有优良的绝缘性能,作为典型的SF_(6)替代气体受到本领域广泛关注。文中针对C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体多次击穿放电后的性能劣化现象,在针板电极下开展了不同配比条件下C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体的工频电压击穿试验,并利用气相色谱质谱联用仪来检测混合气体多次击穿放电后的分解物。通过研究发现:C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体多次击穿电压会出现劣化现象,此外,随着C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体击穿次数增多,分解产物六氟乙烷C_(2)F_(6)明显增多,其他几种杂质的含量相对较少,CF_(2)=CFCN、CF_(3)CHFCN、CF_(3)CH(CF_(3))CN的含量也随之增多,与之对应的,C_(4)F_(7)N含量有所降低。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在GIS环保型母线中的应用研究

文章对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的特性进行研究,并对其制气方法和混合比测试方法进行了理论分析和应用,在此基础上进行了型式试验验证,为后续在某变电站110 kVGIS环保型母线中的实际应用提供了佐证和试验支撑。研究表明,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体能正常满足环保型母线的应用,研究结果可为新型环保GIS设备的研制和应用提供参考。

基于密度泛函的C_(4)F_(7)N/N_(2)/O_(2)三元混合气体击穿及分解特性分析

C_(4)F_(7)N具有优异的绝缘性能和环保特性,是有潜力替代SF_(6)的环保型绝缘气体。目前,主要采用CO_(2)作为C_(4)F_(7)N的缓冲气体,其含量一般大于90%,由于CO_(2)为温室气体,将CO_(2)替换为N_(2)后与C_(4)F_(7)N混合,会使混合气体环保性大大提升。虽然,C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体在放电时可能有固体碳析出情况,严重影响气体绝缘设备正常运行,但是,O_(2)的加入能够改善C_(4)F_(7)N/N_(2)二元混合气体的击穿特性,抑制分解产物的产生。为此,本文基于密度泛函理论计算了O_(2)及C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体的电子亲和能、电负性、不同分子数量的O_(2)和N_(2)与C_(4)F_(7)N气体之间的相互作用能及电荷转移量,得出了C_(4)F_(7)N分子的福井函数、C_(4)F_(7)N/N_(2)/O_(2)各气体分子化学键的解离能,分析了C_(4)F_(7)N与O_(2)放电分解涉及的自由基反应过程,从微观角度研究O_(2)对C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体击穿特性及分解特性的影响。结果表明:相较于N_(2),O_(2)的电子亲和能及电负性更强,加入O_(2)有助于提高C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体的击穿电压。O_(2)-C_(4)F_(7)N的相互作用能约为N_(2)-C_(4)F_(7)N相互作用能的5倍;随着缓冲气体分子数量的增加,缓冲气体与C_(4)F_(7)N之间电荷转移量逐渐增加,使得C_(4)F_(7)N/O_(2)体系中C_(4)F_(7)N得到电子,而C_(4)F_(7)N/N_(2)体系中C_(4)F_(7)N失去电子。C_(4)F_(7)N未发生放电分解时,缓冲气体与C_(4)F_(7)N分子间主要以物理作用为主,O_(2)的加入消耗C_(4)F_(7)N分解产生的CF_(2)·与C·自由基,减少金属电极表面碳单质的附着。综上,O_(2)的加入能够减少碰撞电离,消耗C_(4)F_(7)N分解产生的自由基,抑制分解产物的产生,改善三元混合气体C_(4)F_(7)N/N_(2)/O_(2)的击穿特性及分解特性。

新型环保绝缘气体C_(4)F_(7)N/CO_(2)的制备及检测研究

为了进一步探究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在高压电气设备中的应用潜能,本研究搭建C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体制备系统,采用分压法制备了C_(4)F_(7)N体积分数不同的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体。建立了气相色谱-氢火焰离子化检测器(GC-FID)检测方法,针对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体制备过程中检测质量难以控制的问题,基于流体力学及有限元分析,开展不同C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的热驱动扩散模拟实验。结果表明:C_(4)F_(7)N体积分数为2%、5%、10%时C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体浓度扩散平衡的时间分别为4775、6600、8800 s,C_(4)F_(7)N气体浓度扩散平衡的时间分别为94、122、158 min。3种C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分别在配制100、125、160 min后进行质量检测及应用,可达到良好的质量控制效果。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体湿度检测技术研究

电气设备中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体的湿度水平影响气体的绝缘性能,定期检测湿度是日常运维工作之一。文中研究采用变电站日常运维中常规的冷镜式露点仪和阻容式湿度计对不同湿度的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体进行检测,实验表明上述常规湿度检测仪器均不能直接应用于C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的湿度检测。文中将上述冷镜式露点仪进行技术改造后,采用标准湿度的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体对其进行准确度实验,结果表明,改造后的冷镜式露点仪的露点测量误差不超过±0.2℃,且在C_(4)F_(7)N比例不超过12%时可准确检测不低于150μL/L的湿度,满足C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体电气设备的运维要求。上述阻容式湿度计经过C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体湿度发生器重新标定后也可用于C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的湿度检测,露点测量误差不超过±2.0℃。

环保绝缘介质C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体密度在线监测研究

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合绝缘气体的密度是决定其绝缘性能的重要因素,因此对C_(4)F_(7)N混合气体密度的实时监测尤为重要。C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的温度—压力特性是研究其密度监测和校验的基础。因此,文中主要研究了不同混合比例C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体在0.12 MPa密度下的温度—压力特性,并与理想气体状态方程和SF_(6)气体状态方程的理论计算结果进行比较,误差均在±1%以内。实验证明,在0.12 MPa的低密度下,不同混合比例的C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体特性近似符合理想气体状态方程。在对密度检测精度要求不高的场合,可以安装传统的SF_(6)气体密度继电器进行C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体密度监测。根据C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的温度—压力特性,可以研制C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体密度在线监测装置及其校验仪器。

冲击电弧作用下C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体灭弧性能仿真分析

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最有潜力替代SF 6的气体之一。为了探讨C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧能力,文中根据电弧能量平衡理论,建立电弧能量平衡方程组,获取管道内部超压随时间的变化规律。同时,基于磁流体动力学模型,使用COMSOL Multiphysics软件建立压爆气流防雷间隙灭弧结构的二维磁流体模型,在雷电流幅值为4 kA的条件下,对管道内不同比例C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析。基于上述方法,结合电弧能量平衡理论,分析模型中电导率、速度以及压强的变化规律。与理论结果对比分析得出:同一工况条件下,20%C_(4)F_(7)N/80%CO_(2)的灭弧性能较优,其次为10%C_(4)F_(7)N/90%CO_(2)与5%C_(4)F_(7)N/95%CO_(2),并且熄弧时间符合气吹灭弧的要求。

具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料的光学-催化行为研究

为促进环境友好型光催化技术的应用推广,通过热解聚合方式将g-C3N4负载于多孔Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)蓝色长余辉荧光粉上,制备具有持续反应活性的g-C_(3)N_(4)/Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)复合材料。首次采用累积污染物降解效率等一系列指标评价材料在光照及暗态下综合去除污染物效果。通过微观表征手段和NO去除试验研究了单组分复配质量比对复合材料的光学及催化性能的影响。结果表明,g-C_(3)N_(4)的复合对Sr_(2)MgSi_(2)O_(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的荧光强度和余辉性能产生了不利影响;但光照下,提高的光生载流子分离效率和光吸收能力使复合材料的光催化活性增强;暗态下,内在光源Sr_(2)MgSi_(2)O^(7):Eu^(2+),Dy^(3+)的存在赋予了复合材料持续去除NO的能力,该能力的持续时间与余辉亮度、光催化活性有关。本研究有助于推动持续活性光催化体系的发展。

弧后C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体复原过程研究

C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体是目前潜在替代SF 6的绝缘介质之一。C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体分解与复原过程的研究,对于深入了解该混合气体的熄弧性能具有重要意义。首先,模拟C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体在0.3~30 kK热平衡条件下分解产物粒子浓度的变化;然后,确立C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体的分解路径及粒子种类并计算出各反应的正、逆向速率常数;最后,引用0.1 MPa下C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体弧后温度衰减曲线,作为模拟弧后C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体复原过程中的温度变化数据,通过Chemkin软件计算弧后C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体各粒子的复原过程。模拟结果表明:弧后温度在10 kK以上时C_(4)F_(7)N和N 2在8~10 ms内完全分解,以C、N、F、CF_(2)C、CFCF、NF、CN等粒子和自由基的形式存在;弧后温度降低至2 kK左右,N 2复合至摩尔分数约70%左右,而C_(4)F_(7)N未见复合。

高压断路器中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的开断性能

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是一种潜在的SF_(6)替代气体,开展其在高压断路器中开断性能的研究,对推动环保输电方式发展、支撑双碳目标实现具有重要的工程意义。基于磁流体动力学(magnetohydrodynamics,MHD)理论,仿真计算了充有0.6 MPa 5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、10%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、15%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和纯SF_(6)的40.5 kV断路器20 kA短路电流开断过程,分析C_(4)F_(7)N混合比例对电弧温度特性、灭弧室气压与喷口气流特性的影响规律,并与纯SF_(6)进行比较。研究结果表明:与混合气体相比,SF_(6)气体电弧具有更高的弧芯温度和更小的电弧半径,随着C_(4)F_(7)N比例的增加,混合气体弧芯温度升高、电弧半径减小。断路器短路开断过程中,SF_(6)气体建立起更高的吹弧气压,气吹速度明显高于混合气体,可以形成更好的气吹效果来冷却电弧。最后,基于Mary电弧数学模型计算得到电流零区不同气体的电弧时间常数与电弧功率耗散系数,并以临界恢复电压上升率(rate of rise of TRV,RRRV)定量评判气体开断性能,0.6 MPa的5%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、10%C_(4)F_(7)N/CO_(2)、15%C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体临界RRRV分别为1.54、2.22和2.28 kV/μs,远低于SF_(6)的4.98 kV/μs。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体局部放电起始电压的试验研究

研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)环保绝缘气体的局部放电特性,可为环保型气体绝缘电气设备的设计制造及运维提供技术支撑。为此,利用针–板电极研究了极不均匀电场中C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体的交流局部放电起始电压(partial discharge initial voltage,PDIV),并分析了O_(2)的体积分数、气压以及电场不均匀系数对其PDIV的影响。试验结果表明:在0.15~0.25 MPa气压范围内,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中加入O_(2)体积分数不宜超过4%;而在0.35~0.65 MPa气压范围内,3种O_(2)占比中,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体加入体积分数为4%的O_(2)的方案相对最优。混合气体的PDIV随气压的变化会出现“驼峰效应”;O_(2)体积分数小于8%时,不均匀系数的增加能够有效减少C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)和C_(4)F_(7)N/CO_(2)这2种混合气体PDIV幅值的差别;而O_(2)体积分数高于8%时,不均匀系数的变化对2种混合气体幅值差别的改变影响很小。因此,从混合气体交流局部放电起始电压角度考虑,C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体具备应用于气体绝缘交流设备的可行性。

基于多光谱阵列的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体局部放电光学特征分析与诊断

局部放电(PD)的光学检测是反映设备绝缘状态的重要方法.C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最具有潜力的SF_(6)替代气体,但是缺乏针对该混合气体光学PD特性和诊断方法的研究.构建了一个可采集7个特征波段的PD多光谱阵列检测平台,制作了4种PD缺陷,分析了5种不同比例的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和纯SF_(6)气体条件下多光谱PD特征在相位分布、能量分布和特征堆叠图的异同,提出了一种基于多光谱特征(MF)和最近邻算法(KNN)的PD诊断新方法.实验结果表明,纯SF_(6)故障识别准确率可达96.2%;C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的识别率在88%以上,最高准确率为91.1%.该方法对环保型气体绝缘设备的PD诊断具有指导意义,也为传统的PD检测和诊断提供了新思路.

Micro-CT评估C_(2)-C_(7)关节突微结构区域特征及其结构功能稳定性

背景:颈椎关节突关节是参与颈椎运动的重要结构,也是引起颈椎病、颈源性疾病的重要原因,量化颈椎关节突骨小梁微结构的空间分布对于早期诊断骨骼疾病和潜在的骨折风险非常重要。目的:确定颈椎关节突不同区域骨小梁微观形态学的空间分布特征,并研究骨小梁微体系结构区域差异对机械能力的影响,以评估颈椎的稳定性和安全性能。方法:共144个颈椎关节突区域标本试样,每个关节被分为上前、上后、下前、下后4个感兴趣区域;Micro-CT扫描体积为5 mm×5 mm×5 mm试样,计算每个试样的微观结构,总结关节突区域微结构的变化规律,揭示其结构和受力优势及薄弱区域,评价颈椎安全稳定性能。结果与结论:①关节突不同区域间骨小梁体积分数、骨表面积体积比、骨小梁分离度差异有显著性意义,偏Eta分别为5.5%,4.8%和4.3%(Eta%是变量相互影响的百分比,值越大,影响越大),其中骨小梁体积分数值在关节突区域间差异最大;②C_(2)-C_(7)椎序间骨小梁体积分数、骨小梁数目、骨表面积体积比、骨小梁厚度、骨小梁分离度、骨小梁模块因子值差异有显著性意义,其中骨小梁数目的Eta最大,表明不同椎序间骨小梁数值差异最大;③左、右侧仅骨小梁厚度差异有显著性意义,偏Eta为2.0%,C_(2)-C_(7)骨小梁体积分数值左侧大于右侧关节突,最大区域均为上前区,最小区域均集中于C_(7);④骨小梁数最大值主要集中在上前、上后区域,而最小值集中在下后区域,C_(2)-C_(5)呈下降趋势,C_(5)-C_(6)则呈上升趋势,而C_(6)-C_(7)则显著下降;⑤骨表面积/骨体积总体变化趋势与小梁体积分数相反,主要集中区域最大在上后、最小在上前区域,符合该实验微观结构参数间变化特征;⑥C_(2)骨小梁厚度的左侧大于右侧,上后>上前>下前>下后的变化与小梁体积分数相似,最大区域集中在上前且C_(5)关节突达到峰值,C_(2)-C_(7)左右两侧变化趋势相似;⑦骨小梁分离度最大和最小值集中在上后和上前区域(提示骨骼结构适合功能且具有明显的各向异性);⑧骨小梁模块因子最大和最小值多集中于C7和C5;⑨C_(2)-C_(7)微结构和力学性能对其运动的贡献不同,与骨质量呈正相关的微结构参数小梁体积分数、骨小梁数、骨小梁厚度区域值越大,说明该区域骨质量越好,应力载荷能力越强,属于结构性能的优势区域不易发生损伤;反之亦然,与骨质量呈负相关的微结构参数骨表面积/骨体积、小梁分离度、骨小梁模块因子值越大,单位面积内骨小梁质量越差,其载荷应力能力也越弱,该区域发生损伤的风险将较高。

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。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体PD作用下气体和固体副产物生成特性

C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)混合气体以其优异的环保和绝缘性能成为目前最具潜力替代SF6应用于电力工业的气体绝缘介质。尽管O_(2)的加入可以在一定程度上提升C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的绝缘性能和化学稳定性,但O_(2)加入及其体积分数变化对混合气体局部放电(partial discharge,PD)作用下气体和固体副产物生成特性的影响规律尚不清楚。因此通过针–板电极模拟设备内的金属突出物缺陷开展C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)96 h PD及其分解特性试验。研究发现C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中加入体积分数2%~4%的O_(2)可以显著抑制大部分副产物的生成,O_(2)体积分数大于6%时每秒累积放电量和平均放电量急剧增加,导致混合气体分解加剧;C_(4)F_(7)N/CO_(2)/O_(2)在长时间PD作用下板电极表面中心区域出现较为明显的圆环状固体析出物,主要成分包括金属氧化物(CuO)、氟化物(CuF、CFx)、碳氧化合物(CO、CO_(2))和氮氧化合物(NO、NO_(2));体积分数4%的O_(2)加入对PD固体析出物的元素组成及其价态影响较小,但可以一定程度上减少其生成量,混合气体中O_(2)对金属导体的腐蚀作用弱于C_(4)F_(7)N。

五种吸附剂与C_(4)F_(7)N气体及CF_(3)SO_(2)F气体的相容性试验研究

全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)和三氟甲基磺酰氟(CF_(3)SO_(2)F)是两种具有应用前景的SF_(6)替代气体,有必要研究其与设备中常见吸附剂的相容性。该文通过试验研究了五种常用的吸附剂(3A分子筛、4A分子筛、5A分子筛、13X分子筛及活性氧化铝)与C_(4)F_(7)N气体、CF_(3)SO_(2)F气体的相容性,采用C_(4)F_(7)N/CO_(2)、CF_(3)SO_(2)F/N_(2)混合气体进行试验,检测试验前后混合气体的比例及成分,发现活性氧化铝会使C_(4)F_(7)N气体体积分数下降,但不会使CF_(3)SO_(2)F气体体积分数下降;其他几种吸附剂均不会使两种气体体积分数下降。分析表明,C_(4)F_(7)N气体分子的CN基团会与活性氧化铝发生弱相互作用,从而导致其被活性氧化铝吸附,因此活性氧化铝不适合作为C_(4)F_(7)N气体设备中的吸附剂。该文涉及的五种吸附剂均与CF_(3)SO_(2)F气体相容。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体特高压母线通流温升特性研究

随着“碳达峰、碳中和”的提出,环保型高压设备的研制迫在眉睫。C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体作为极具潜力的环保替代气体,目前已经初步应用于高压母线,其通流温升特性作为重要设计指标,尚待深入研究。该文针对1100 kV环保混合气体特高压母线,构建磁-流-热多物理场耦合数值计算模型,并建立C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体物性参数数据库;搭建通流温升测量试验平台,理论与试验相结合,对比分析负荷电流、充气压力、混合比、结构尺寸等不同因素对母线温升的影响,提出合理的设计方案。研究结果表明:C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的换热能力不及SF_(6),增大充气压力和C_(4)F_(7)N的混合比,可有效提高母线通流能力,但依然达不到SF_(6)的水平,在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体母线设计时应注意此问题;影响母线温升最主要的结构尺寸为导体外径,在导体外径与壳体内径间绝缘距离不变的条件下,导体外径增大11.5%,通流能力与原SF_(6)母线基本一致,该结论可应用于后续的母线设计。

2D/2D超薄La_(2)Ti_(2)O_(7)/Ti_(3)C_(2)Mxene肖特基异质结用于高效光催化CO_(2)还原

CO_(2)的过量排放造成了全球生态系统的失衡,如温室效应、海洋酸化和极端天气频发等.CO_(2)作为一种储量丰富且可循环利用的碳一资源,利用光催化技术将其催化转化为包括一氧化碳和甲烷在内的碳氢燃料,为上述问题提供了一个很有前景的解决方案.纳米片作为典型的二维材料,其厚度一般低至100 nm.此外,二维材料具有较大的比表面积、可调谐的端基官能团、出色的光学性能以及较好的导电性和柔韧性,在光催化领域受到了广泛关注.在半导体材料中,钛酸镧(La_(2)Ti_(2)O_(7))具有优良的氧化还原能力和良好的稳定性和耐久性,但与其他半导体类似,La_(2)Ti_(2)O_(7)的宽带隙性质决定了其只能利用波长较短的光,这极大地限制了其对太阳光的利用.为了增强光吸收能力,降低光生载流子的复合,本文通过溶剂热法在La_(2)Ti_(2)O_(7)纳米片上负载薄层Ti_(3)C_(2)MXene纳米片,设计制备了二维/二维(2D/2D)La_(2)Ti_(2)O_(7)/Ti_(3)C_(2)Mxene肖特基异质结复合材料,并用于增强光催化CO_(2)还原性能.研究发现,当Ti_(3)C_(2)MXene的负载量为3 wt%时,CO和CH4的产率是物理混合的La_(2)Ti_(2)O_(7)和Ti_(3)C_(2)MXene的4.6倍和11.4倍.飞秒瞬态吸收光谱和X射线光电子能谱结果表明,La_(2)Ti_(2)O_(7)/Ti_(3)C_(2)Mxene较好的光催化CO_(2)还原反应性能归因于高效电荷载流子迁移率和两组分接触界面之间形成了肖特基异质结的协同作用.原位红外漫反射光谱观察到的反应中间产物、紫外光电子能谱计算得到的功函数和原子层级的密度泛函理论计算得到的吉布斯自由能和差分电荷密度揭示了该体系光催化CO_(2)还原的机理、光催化反应的路径和产物选择性的由来.相比于单独的La_(2)Ti_(2)O_(7)和物理混合的La_(2)Ti_(2)O_(7)和Ti_(3)C_(2)MXene,2D/2D La_(2)Ti_(2)O_(7)/Ti_(3)C_(2)Mxene肖特基异质结复合材料表现出增强的光催化CO_(2)还原性能.引入Ti_(3)C_(2)MXene形成平面间2D/2D的异质结结构可作为电荷转移通道并促进电荷的快速分离,形成的肖特基结能够有效地抑制光生电子的回流,同时降低了光催化CO_(2)还原的反应势垒,最终促进了光催化CO_(2)还原过程.综上,本文详细阐述了肖特基异质结构中光催化性能增强的机理机制,并为设计和制造用于转化和利用二氧化碳的光催化剂及其探究光催化转化机理提供借鉴.