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。

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。

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。

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)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。

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。

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)混合气体与环网柜中固体材料的相容性试验

全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)环保气体是目前国际主流推广的SF6替代气体,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体被广泛应用于环网柜等设备中。为了保障环网柜的长期稳定运行,需开展C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜典型固体材料相容性研究。该文提出了热加速和电热联合两种气固相容性试验方法,先对C_(4)F_(7)N/CO_(2)及分解气体与金属、塑料、橡胶和环氧玻纤等环网柜固体材料进行热加速试验,对比分析试验前后的气体成分及固体表面形貌、元素构成和光谱特性等关键性能,掌握了气固材料试样的相容性规律;在此基础上,采用环网柜整机带电相容性试验方法,施加运行电压和加热温度模拟现场工况,检测气体状态和设备绝缘性能的差异,结果表明C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体与环网柜固体材料具有良好的相容性,满足长期可靠运行要求。该文提出的C_(4)F_(7)N混合气体与设备材料的气固相容性试验方法和规律等为环保气体电力设备的材料选型、设计研发提供了有益参考,具有重要的实用价值。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘环网柜的接地开关关合性能模拟试验

采用C_(4)F_(7)N混合气体替代SF_(6)是提升环网柜环境友好性的重要途径。为保证供电可靠性,本文针对C_(4)F_(7)N混合气体绝缘环网柜开展接地开关关合试验,优化设备性能,支撑工程应用。首先测量了不同体积占比的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体和SF_(6)下接地开关合闸时间及速度,发现与空气下一致,表明接地开关机械特性稳定且与气体无关。然后研究了不同气体介质下接地开关预击穿特性,分析了电压和气体类型对预击穿时间的影响,结果表明随着电压增大预击穿时间增加,C_(4)F_(7)N体积占比提高预击穿时间减小。进一步利用搭建的环网柜接地关合试验回路开展了关合性能模拟试验,发现提高C_(4)F_(7)N体积占比有助于减小燃弧电荷转移量,降低触头烧蚀程度,结合混合气体液化温度和经济性指标。

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解仿真与实验研究

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解过程的仿真研究较多,但基于反应分子动力学的研究较少。为研究典型局部放电下环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的分解过程,搭建发射光谱测试平台,测试悬浮放电下的电子温度和分子振动温度。利用动态温度变化模拟局部放电物理过程,建立基于实测数据的仿真计算模型。结果表明,悬浮放电下的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中电子温度约为6400K,分子振动温度约为4000K,悬浮放电会生成CF_(3)、CF_(2)、F和CN等自由基,自由基复合生成的分解产物包括CO、CF_(4)、C_(2)F_(4)、C_(3)F_(6)、C_(3)F_(8)、CF_(3)CN和COF_(2)等。分解产物类型及其生成量随时间的变化规律与试验结果基本一致,相较于分子振动温度,电子温度对气体分解的影响更为显著。在C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解过程中,温度分布特征与气体分解特性密切相关,解析气体分解机理时,应重点关注温度对分解过程的影响。

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。

高压断路器分合闸过程触头间隙C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体动态绝缘特性实验研究

高压断路器分合闸过程中触头间隙介质的绝缘强度及其变化是断路器结构设计的重要性能指标。搭建高压断路器触头间隙介质绝缘特性实验回路,测量C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器空载分合闸过程中不同压强、不同C4F7N含量时触头间隙介质的动态击穿电压,研究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器的关合预击穿特性和分闸绝缘特性。实验发现,断路器空载分合闸过程中C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体动态击穿电压存在“低电压击穿”现象;合闸过程中,动态击穿电压分散性较大,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器的关合预击穿特性显著劣于SF6断路器,增大压强或增加C4F7N含量对混合气体动态击穿电压分散性的改善不大;正、负极性条件下0.7MPa时9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体的分闸平均绝缘强度上升率(rate of rise of dielectric strength,RRDS)分别为49.8kV/ms和42.7kV/ms,具有“反极性”效应;分闸过程中,“低电压击穿”现象主要出现在刚分后2ms(开距约6mm)范围以内,断路器若在此时间(开距)范围内熄弧,极易发生弧后重击穿现象,因此,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体断路器结构设计时应避免在此范围内熄弧。

温度、气压对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体局部过热分解特性的影响机制

C_(4)F_(7)N气体被认为是最具潜力替代SF_(6)气体的环保型气体绝缘介质。目前,国内外对C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体热稳定性及分解特性的相关研究较少。文中试验研究了C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体在不同温度、气压条件下的热分解特性。研究发现,0.15 MPa下5%C_(4)F_(7)N-95%CO_(2)混合气体的热分解起始温度为350℃,首先生成C_(3)F_(6)和CO,随温度升高还能够检测到CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、CF_(3)CN、COF_(2)、(CN)_(2)等产物。温度低于450℃条件下,C_(3)F_(6)、(CN)_(2)含量随着温度的升高而增加,温度超过500℃开始下降。在350~500℃温度下,CO、C_(3)F_(8)、CF_(3)CN、COF_(2)含量随温度升高而增加。温度超过500℃后能够检测到CF_(4),C_(2)F_(6),该两种成分可以作为严重过热故障的特征。相关研究成果揭示了C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体在不同温度和气压条件下的热分解特性,为C_(4)F_(7)N-CO_(2)混合气体的工程应用提供了参考。

不同故障工况下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解产物的实验研究

近年来环保绝缘介质C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体凭借优良的电气性能和环保优势得到了广泛关注,具有替代SF_(6)气体的潜能。针对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在实际运行中可能遇到的故障工况,进行了局部放电、局部过热和火花放电下的分解实验,利用气相色谱质谱联用技术(GC-MS)对不同工况下分解产物进行了定性分析,提出了不同故障工况下特征分解产物。实验结果表明:3种工况下的分解产物主要由饱和氟代烃(CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C_(4)F_(10))、不饱和氟代烃(C_(2)F_(4)、C_(3)F_(6)、C_(4)F_(8)、i-C_(4)F_(8))以及含氮化合物(C_(2)F_(3)N、C_(3)F_(5)N、C_(2)N_(2)、HCN)组成。根据不同工况下分解产物的差异,提出局部放电下可将HCN和峰面积(C_(3)F_(8))/离子峰面积(C_(2)F_(3)N)>1作为识别的特征分解产物;局部过热以C_(4)F_(8)及其同分异构体i-C_(4)F_(8)作为特征分解产物;以CF4和离子峰面积(C_(3)F_(8))/离子峰面积(C_(2)F_(3)N)<1同时作为火花放电的特征分解产物;工频击穿以C_(4)F_(6)和C_(3)F_(3)N作为特征分解产物。

高气压下O_(2)对C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于SF_(6)的大量使用对环境产生的影响巨大,因此替代气体的研究受到了广泛关注。C_(4)F_(7)N混合气体具有优良的绝缘性能和环保特性,有望替代SF_(6)作为绝缘介质应用于气体绝缘设备中。为了减少放电过程中产生的有害固体副产物,需要在C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体中加入一定体积分数的O_(2)。文中探究了C_(4)F_(7)N/N_(2)/O_(2)混合气体应用于高气压电气设备的潜力,利用气体绝缘试验平台对0.6 MPa下含不同体积分数氧气的C_(4)F_(7)N/N_(2)/O_(2)混合气体开展击穿试验,同时利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析混合气体击穿后的分解产物及体积分数。研究发现在C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体中加入一定量的O_(2)可以提高混合气体在高气压下的绝缘自恢复性能,混合气体多次击穿后分解的主要产物有CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(6、)C_(3)F_(8)、CF_(3)CN、C_(2)F_(5)CN、CO、COF_(2)、C_(2)N_(2)等,这些产物的体积分数随氧气体积分数的增加均呈先增加后减少的趋势。综合考虑O_(2)的添加量对C_(4)F_(7)N/N_(2)混合气体绝缘性能的影响和放电分解后产物的绝缘性能及毒性,C_(4)F_(7)N/N_(2)/O_(2)混合气体应用于高气压电气设备时,O_(2)的添加量为6%比较适合。

C_(4)F_(7)N/CO_(2)环保混合气体在去离子栅式负荷开关中的开断特性

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体作为SF_(6)的可能替代气体用于电力设备是目前国内外关注的焦点,文中工作的开展是为了探究C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在12 kV环网柜中的开断特性。利用饱和蒸气压特性探讨了C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在中压环网柜工程应用的混合比选取范围,选取环网柜中常用的金属去离子栅式灭弧结构,在0.15 MPa气室压力下,研究不同混合比的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体,从小电流200 A到额定电流630 A之间的开断性能,对开断试验结束后的环网柜开展了气体组分和比例检测,工频耐压测试。研究发现,混合气体的开断能力随着C_(4)F_(7)N体积分数的增加而提高,开断试验后气室压力升高了0.18 bar(1 bar=100 k Pa),通过气体组分检测为C_(4)F_(7)N分解所致,且长时间放置不会复原,气体分解物复合特性较差,开断后的环网柜顺利通过了相间、对地42 kV/1 min及断口48 kV/1 min的耐压试验,证明分解产物具有较强的绝缘性能。

特高压C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体GIL温度分布

气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)中绝缘气体热学特性会影响GIL整体绝缘性能。目前,国内外对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合新型环保气体应用于GIL的研究刚刚起步,其热学特性尚不明确。为此对特高压C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体GIL建立了温度-流体多物理场仿真模型,通过开展现场温升试验对该模型进行了有效性验证,研究了额定电流下GIL内部温度场分布及内部气体密度场、流速场分布,以及不同通流水平下导体和铝合金外壳顶部温升关系,并对比分析了在C_(4)F_(7)N/CO_(2)与SF;两种不同气体下GIL内部温升的差异性。研究结果表明:C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体GIL内部温度梯度整体大于SF;气体GIL,在后续环保型GIL设计中应关注这一问题;相同通流条件下C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体GIL与SF;气体GIL温度分布差异的主要原因为SF;对流性能优于C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体;探索了C_(4)F_(7)N/CO_(2)GIL外壳顶部温升与GIL中心导体温升间的关系,GIL导–壳温升比例系数为0.482,该系数可应用于后续基于外壳温度的中心导体温度监测系统中。

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。

操作冲击电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体252kV GIL间隙及沿面放电特性

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体作为有望在高电压等级气体绝缘输电管道(GIL)中替代SF_(6)的环保绝缘气体被广泛研究。在高电压等级下,操作冲击电压下的介质绝缘特性成为绝缘配合中无法忽略的重要因素,然而现阶段操作冲击电压下C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中间隙击穿和沿面闪络特性研究很少。该文通过实验研究操作冲击电压下C_(4)F_(7)N摩尔百分比为5%、9%、13%的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体中252kV GIL中间隙和沿面放电特性,并与0.5MPa SF_(6)中的实验结果进行对比。结果表明,放电电压随压强及混合气体C_(4)F_(7)N摩尔百分比升高而上升;放电存在盆式绝缘子凹面侧间隙-沿面闪络和间隙击穿两种形式;0.5MPa 13%C_(4)F_(7)N/87%CO_(2)、0.6MPa 9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体下沿面绝缘强度达到0.5MPa下SF_(6)绝缘强度的87%以上,而0.7MPa 9%C_(4)F_(7)N/91%CO_(2)混合气体下沿面绝缘强度已超过0.5MPa下SF_(6)的绝缘强度。

典型放电缺陷下的C_(4)F_(7)N/CO_(2)分解特性

C_(4)F_(7)N的分解特性关系到气体绝缘电气设备的绝缘性能、缓冲气体选择、固体材料的选择等,也可为电气设备的故障识别提供参考依据。为此,首先利用量子化学方法计算分析了C_(4)F_(7)N的解离路径及主要分解物的形成。随后,以C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体为研究对象,实施了电晕放电、火花放电、悬浮放电等典型缺陷,定性、定量分析了混合比例、施加电压等因素对分解产物种类和含量的影响。C_(4)F_(7)N的稳定产物包括全氟烷烃气体(PFCs)CF_(4)、C_(2)F_(6)、C_(3)F_(8)、C_(3)F_(6)、2-C_(4)F_(6)、2-C_(4)F_(8)和i-C_(4)F_(10);腈类气体CNCN、CF_(3)CN、C_(2)F_(5)CN和CF_(2)CFCN。其中,CO、CF_(4)和C_(3)F_(6)为主要分解气体。随着C_(4)F_(7)N混合比例的增大,CO的含量降低,全氟烷烃和腈类气体的含量增大。由于悬浮放电缺陷涉及固体绝缘材料,CO和CF_(4)的含量较电晕放电和火花放电的高。最后,根据C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解产物的成因和变化趋势,本文提出以CO和全氟烷烃气体的体积比值c(CO)/c(PFCs),以及CF_(4)、C_(2)F_(6)与C_(3)F_(6)的体积比值c(CF_(4)+C_(2)F_(6))/c(C_(3)F_(6))作为典型放电缺陷的识别判据,可为C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体绝缘设备故障识别与诊断提供参考。