热态SF6/N2混合气体击穿特性研究

研究了热态SF6/N2混合气体的电击穿特性。在局部热力学和化学平衡假设下,采用质量作用定律法,计算压强0.01~2.00 MPa、温度300~4000 K范围内的SF6/N2电弧等离子体各组分的摩尔分数,分析电弧熄灭过程热态SF6/N2电弧等离子体各粒子组分随温度和压强的变化过程。采用两项近似方法求解玻尔兹曼方程,得到了不同折合电场下热态SF6/N2混合气体的电子能量分布函数,分析不同碰撞过程中各微观粒子的折合电离系数和折合吸附系数,得到了热态SF6/N2混合气体的折合击穿场强(E/N)cr。研究表明:SF6/N2混合气体的折合击穿场强(E/N)cr随着电弧等离子体温度的降低而增大,其增大的速率主要与混合气体中SF6的分解复合特性有关,增大气压可有效抑制SF6在高温下的分解速度,加速电弧等离子体各粒子的复合过程,从而提高SF6/N2混合气体的(E/N)cr;40%SF6/60%N2和30%SF6/70%N2混合气体在2000~3500 K高温范围内的(E/N)cr分别至少高出相同条件下纯SF63 Td和6 Td;2000 K温度以下,随着SF6的大量复合,混合气体折合击穿场强(E/N)cr快速增强,SF6含量越多增强速率越大,但仍低于相同条件下纯SF6的(E/N)cr。研究结果可为解决高压SF6/N2混合气体断路器弧后重击穿导致开断失败等问题奠定理论基础。

SF6/N2混合气体中金属微粒在工频电压下运动的仿真与实验研究

针对GIS设备内部可能残存的微粒在受到母线电压时会发生运动的问题,建立了微粒运动的数值计算模型和GIS实验模型,在SF6/N2混合气体作为绝缘介质的情况下,仿真研究了不同微粒情况下的微粒运动特性及不同微粒陷阱对金属微粒的捕获情况。仿真发现:交流电压下,金属微粒会发生频繁的上下往复运动,金属微粒的密度越大,碰撞频率和最大起跳高度越低;微粒陷阱会改变GIS设备内部的电场分布情况,不同微粒陷阱的深度和形状会对捕获微粒成功率产生影响,陷阱深度越大会使越容易捕获金属微粒。最后,通过在GIS实验模型中进行对应实验来记录金属微粒运动特性。

SF6/N2混合气体用于GIS母线的研究与应用

GIS母线使用SF6/N2混合气体主要考虑气体的绝缘性能,已有研究成果表明,使用SF6/N2混合气体替代纯SF6气体可显著降低SF6使用量,在不降低绝缘性能的前提下减少温室气体使用量,但国内尚未在GIS上进行工程应用。国家电网公司响应国家节能减排号召,组织开展了SF6/N2混合气体用于GIS母线的研究工作,包括混合比、在运GIS母线替换为SF6/N2混合气体的适应性研究等,确定了SF6/N2混合气体GIS母线可采用统一的30%混合比,多个产品已通过型式试验和新产品技术鉴定,并在8座变电站开展了工程试用,为实现混合气体在GIS母线的推广应用奠定基础。

高压SF6/N2混合气体断路器冷态介质恢复特性计算分析

基于N-S方程与拉氏方程对空载SF6/N2混合气体断路器灭弧室内的气流场和电场建立数学模型,计算断路器开断过程的气流特性和电场分布,分析混合比对触头间介质强度薄弱区域的气流特性影响。提出SF6/N2混合气体的击穿判据,计算不同SF6/N2混合比、开断速度及充气压力的介质恢复强度,研究断路器重击穿现象,结合SF6/N2混合气体液化温度、全球变暖潜能值,提出适用于断路器空载操作要求的SF6/N2配比方案。计算结果表明：在开断过程气流特性的作用下,介质恢复强度曲线呈现随开距增加先上升后下降,再继续升高的趋势。当灭弧室内触头间开距为14mm时,20%SF6/80%N2和80%SF6/20%N2的介质恢复强度分别是纯SF6的54.5%和91.5%;对于不同比例的SF6/N2混合气体,相同时间内开断速度9.6m/s与4.8m/s相比,介质恢复强度的增长速率明显加快;开距14mm时,60%SF6/40%N2在充气压力0.7MPa下的介质恢复强度是0.9MPa下的77.8%。考虑液化和温室效应问题,当灭弧室压力0.7MPa、开断速度9.6m/s时,SF6/N2的最佳混合比为60%：40%。

SF6/N2混合气体分解产物检测方法及试验研究

近年来,国家电网公司为响应国家节能减排号召,组织开展了SF6/N2混合气体用于GIS母线、隔离和接地开关的工作,研究确定了SF6/N2混合气体GIS母线、隔离和接地开关采用统一的30%:70%的混合比,多个厂家的产品通过了型式试验和新产品技术鉴定,并在变电站开展了工程试用。为了研究SF6/N2混合气体GIS设备运维手段,文中研究了SF6/N2混合气体分解产物检测方法及设备故障情况下分解产物特征组分。针对SF6/N2混合气体设备中的N2由于设备故障或异常可能发生反应,生成氮氧化物和氮氟化物,文中研究提出了气相色谱分析方法和流程,应用该方法和流程可实现17种气体组分的分析。通过模拟设备局部放电、异常发热和开断电弧的缺陷,研究提出了SF6/N2混合气体在局部放电、异常发热和开断电弧情况下分解产物的特征气体组分及其变化趋势,为设备故障诊断和状态评价提供了依据。

环氧树脂在SF6/N2混合气体下的热分解

为得到环氧树脂在SF6/N2混合气体下的热分解机理以及主要失重区间的特征分解组分判断标准,采用同步热分析仪与气相色谱质谱仪联用的方法研究了环氧树脂在SF6/N2气氛下的热分解特性,检测了特征分解组分体积分数,并得到了其随温度变化规律,提出了判断环氧树脂表面发生局部过热性故障的方法。TG曲线表明:环氧树脂的主要失重区间并不受实验气体种类的影响,分解区间为330~470℃。DSC曲线表明:环氧树脂在SF6/N2氛围下的分解是一个复杂的化学过程;随着混合气体中N2比例的增加,体系的热稳定性下降,SF6的分解加剧。选择CO2、SO2、H2S、SOF2、CF4作为特征组分进行检测。环氧树脂存在条件下,不同SF6比例混合气体的特征组分产气速率和起始体积分数不同,产气温度相同。选择H2S、CF4作为判断环氧树脂表面POF温度的特征组分并建立了数学模型。

SF6/N2混合气体GIS隔离接地开关绝缘及压力承受水平的设计分析

首先,分析当气体绝缘封闭开关(GIS)应用SF6/N2混合气体后SF6/N2混合比对GIS隔离接地开关绝缘强度的影响;然后,确定SF6/N2混合气体GIS隔离接地开关中的气体混合比和额定压力;最后,通过ANSYS workbench对设计的110 kV混合气体GIS隔离接地开关壳体及绝缘子进行有限元强度分析,并进行水压及绝缘型式试验。结果表明:当SF6/N2混合气体混合比为3∶7,额定压力为0.54 MPa时,混合气体与纯SF6气体具有相同的绝缘强度,并且设计的混合气体GIS隔离接地开关壳体和绝缘子方案合理,绝缘性能满足设计及工程应用要求。

SF6/N2混合气体的126 kV GIS母线的研制

母线是GIS设备的主要导电回路,设计具有高参数、高性能的母线结构是保证特高压GIS设备可靠运行的基础。现在大部分的GIS母线在使用绝缘性能较好的SF6气体作为绝缘介质。介绍了126 kV GIS用SF6/N2混合气体母线的相关参数、气体混合比的选择及环境经济效益,对混合气体母线的绝缘性能和温升性能进行了详细的分析计算,型式试验的顺利通过验证了SF6/N2混合气体母线的可靠性。

SF6/N2混合气体应用于GIS设备的研究

为应对全球温室效应, 要减少GIS设备中温室气体SF6的使用量.本文以SF6/N2混合气体代替SF6应用于GIS设备, 建立了SF6/N2混合气体的绝缘强度与纯SF6绝缘强度之间的关系, 以及相等绝缘强度下的气压关系, 同时, 给出了SF6/N2混合气体温升的简易计算方法, 为其工程化应用提供了依据.

GIS用SF6/N2混合气体母线的研制

SF6气体凭借优异的绝缘及灭弧性能,在GIS中广泛应用。但是,由于其强烈的温室效应,寻找优异的替代气体显得日益重要。本文对GIS母线采用SF6/N2混合气体时的绝缘和温升性能进行研究,为SF6/N2混合气体母线的研制及产品化应用提供了理论和实践依据。

SF6/N2混合气体的工频击穿特性研究

通过理论分析对SF6/N2混合气体的工频击穿特性进行了研究,得出SF6/N2混合气体中SF6气体的最优比例是20%~30%,同时在其他条件不变的情况下将混合气体压力提高至1.4倍即可具备与纯SF6气体相同的工频击穿电压。试验结果也验证了分析结论的正确性,表明SF6/N2混合气体代替纯SF6气体作为绝缘介质是完全可行的。

SF6/N2混合气体中直流叠加雷电冲击复合电压作用下绝缘子闪络特性

绝缘子在直流电压作用下表面将积聚有大量电荷并对绝缘性能造成影响。然而由于电荷积聚饱和时间长,当前研究鲜有在绝缘子表面电荷积聚最严重的情况下进行叠加冲击电压试验;并且对环保型气体环境中的GIL绝缘子绝缘特性的关注不多。为解决上述问题,该文通过建立油加热系统对实验平台进行加热,加速达到绝缘子表面电荷积聚饱和状态。之后在0.1MPa SF6/N2混合气体中且导杆温度为70℃时对不同清洁状况下的绝缘子施加直流叠加雷电冲击电压,实验结果表明:①绝缘子表面电荷积聚情况在2h后达到饱和状态;②随着预加直流电压时间的增加,复合电压下闪络电压较单独雷电冲击电压作用下闪络电压明显下降,绝缘子在表面电荷积聚饱和后,在表面有无金属微粒时闪络电压比冲击电压单独作用时,下降幅度分别为16.4%、10.34%;③相比表面无金属微粒,绝缘子表面存在金属微粒下的闪络电压显著下降,最大下降幅度达20.54%。因此,在SF6/N2环境下,建议在绝缘子表面电荷积聚最严重条件下施加直流电压与雷电冲击复合电压进行绝缘测试。

SF6/N2混合气体应用的综合评价模型

SF6/N2混合绝缘气体因其液化温度低、电气性能好、环保及价格低等优点,被认为是目前最具发展前景的SF6替代介质。但SF6/N2混合气体应用的综合评价问题尚缺乏研究。文中从电气性能、环境影响及成本三方面入手,构建了SF6/N2混合气体应用的综合评价模型。考虑混合气体各方面约束,提出采用电气性能目标最大化、环境影响目标及成本目标最小化的气体压力与SF6应用比例求解方法。结果表明:提出的SF6/N2混合气体应用的综合评价模型可实现电气性能、环境影响及成本多目标的综合考虑,尤其是环境温度对气体压力与SF6应用比例的影响,能够有效提升混合气体GIL工程应用的环保性、安全性和可靠性。

直流电压下SF6/N2混合气体沿面局部放电特性

基于SF6的温室效应,以SF6/N2混合气体为绝缘介质在直流气体绝缘线路(GIL)中的应用受到广泛关注,而沿面缺陷是GIL常见缺陷之一,因此针对直流电压下SF6/N2混合气体沿面局部放电特性研究具有重要意义。该文利用脉冲电流法对放电信号进行提取,研究混合气体沿面局部起始放电特性和放电发展阶段的统计特征。研究表明:压强在0.1~0.8MPa范围内,起始放电电压(PDIV)随压强的增大而增大,最大放电量随压强的提高而下降,混合气体的协同效应随压强的增大更加明显;PDIV随SF6气体含量的增大而增大,PDIV的增速对SF6气体含量的敏感度下降,混合气体的协同效应随SF6气体含量的提高而降低。外施电场在PDIV^40kV范围内时,平均放电量在低压强区随外施电场的提高而增大;在高压强区随外施电场的提高基本保持不变,高压强区50%SF6混合气体的放电重复率高于低压强区,且随着放电发展有明显的抑制作用。沿面放电具有极性效应,负极性PDIV小于正极性PDIV。

一种高性能SF6/N2混合气体密度继电器的研制

为了环保,同时解决SF6高压电器设备在低温下可靠运行的问题,研制和应用SF6/N2混合气体的电器设备是非常必要的。而同样压力下的SF6所占比例越高,其密度越大,绝缘能力越强,但节能减排的意义就越小,因此需要研制SF6/N2混合气体密度继电器,用于监测其气体密度,从而既确保高压电器设备安全运行,又能达到较好的节能减排效果。文中提出研制高性能的SF6/N2混合气体密度继电器,并阐述了高性能的SF6/N2混合气体密度继电器的实现方法,以及通过性能测试,证实该SF6/N2混合气体密度继电器具有较好的性能。

SF6/N2混合气体1100 kV GIL产品研制及应用

1 100 kV气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)中SF6使用量较大,由于SF6气体具有很大的温室效应,因此,采用SF6/N2混合气体作为绝缘介质以减少SF6气体的使用量具有重要的社会意义。通过研究SF6/N2混合气体的绝缘、温升等特性,提出了适用于1 100 kV GIL的SF6/N2混合气体压力及混合比,研制了1 100 kV GIL样机,并进行了绝缘、温升试验研究,试验结果与仿真一致:混合气体压力不变的条件下,气体的绝缘强度随SF6比例的增加而增大,GIL导体、触指温升随SF6比例的增加而降低,壳体温升与混合气体中SF6比例的关系不大;在相同绝缘耐受场强条件下,SF6/N2混合气体压力与纯SF6气体压力成正相关关系,且混合气体中SF6比例越低,气体压力增加的幅度越大。研制的SF6/N2混合气体绝缘1 100 kV GIL样机通过型式试验及长期带电运行试验,验证了产品长期带电运行的可靠性。

SF6/N2混合气体在气体绝缘金属封闭开关设备母线中的应用

由于SF6气体的温室效应,减少SF6气体的使用具有深远的社会意义,用SF6/N2混合气体取代纯SF6气体作为高压电器设备的绝缘介质是减少使用SF6气体的有效措施。在GIS产品中母线SF6使用量是最大的,其使用性能与结构同气体绝缘金属封闭输电线路GIL类似,同样起着转换线路和传输电能的重要作用,采用SF6/N2混合气体.

基于分子动力学的SF6/N2混合气体扩散特性理论研究

为了保证SF6/N2混合气体电气设备使用过程中SF6和N2的混合比例,使用分子动力学方法对不同温度压强和不同配比的SF6/N2混合保护气体进行了模拟统计,确定了合适的力场和参数,通过动力学模拟获得了不同情况下混合气体的扩散性质、并对不同配比的SF6/N2混合气体的泄漏情况进行了初步的模拟,发现使用同一比例的混合保护气体,在不同气候条件的地区需要使用不同配比的气体进行补偿,为SF6/N2混合电气设备泄漏补充提供了参考。

145 kV SF_(6)/N_(2)混合气体GIS的研制

为响应国家绿色低碳环保的号召,开展SF_(6)/N_(2)混合气体GIS的研制。介绍了SF_(6)/N_(2)混合气体的混合比、充气压力的选择及设计压力的计算方法。最后,145 kV SF_(6)/N_(2)混合气体GIS(断路器除外)通过了全部试验。

SF_(6)/N_(2)混合气体综合检测技术研究

为应对全球温室效应,减少电力设备中温室气体SF_(6)的使用量,提出了SF_(6)混合气体的研究方案。目前SF_(6)混合气体是短期内有效减少SF_(6)气体在电力设备中使用量的方法之一。初步研究表明,SF_(6)/N_(2)混合气体具有较强的电气绝缘性能,使得SF_(6)/N_(2)混合气体具有极好的应用前景,因此做好对SF_(6)/N_(2)混合气体的电气设备,特别是GIS的监督和管理变得非常重要。基于此,研发了一款集SF_(6)/N_(2)混合气体混气比、湿度及分解产物检测为一体的检测仪器,并介绍了SF_(6)/N_(2)混合气体检测技术的原理及试验情况。