新型本征二维GeO_(2)对SF_(6)分解气体的吸附及电子特性研究

六氟化硫(SF_(6))因其优异的绝缘特性,在高压绝缘设备中广泛应用。高压绝缘设备在长期运行中会面临绝缘老化的问题,这会降低能源电力设备的稳定性和安全性。当局部放电发生时,SF_(6)在高压和高温环境下会分解产生多种组分,如二氧化硫(SO_(2))、硫酰氟(SO_(2)F_(2))、氟化氢(HF)、硫化氢(H_(2)S)等。基于第一性原理,提出了一种新型二维半导体本征二氧化锗(GeO_(2))单分子层材料,对SF_(6)的分解气体具有较强的吸附能力。结果表明,单层本征GeO_(2)分子层在吸附过程中具备理想的电荷转移量和功函数。通过新型二维GeO_(2)半导体气敏材料检测SF_(6)气体中的分解组分,可以及时了解高压绝缘设备的运行状态和绝缘老化程度,对于维护电力系统的可靠性和稳定性至关重要。

Pt-HfSe_(2)检测SF_(6)分解组分的传感机理研究

通过检测SF_(6)分解组分可有效评估电气设备设备运行状态,进而保障设备的安全稳定运行。基于第一性原理提出Pt掺杂HfSe_(2)(Pt-HfSe_(2))检测SO_(2)和SOF_(2),研究Pt-HfSe_(2)对两种气体组分的吸附和传感机理,探究其作为电阻型气体传感器评估SF_(6)电气设备运行状态的应用潜力。结果表明,Pt-HfSe_(2)对SO_(2)的吸附性能强于对SOF_(2)的,同时,两种气体在Pt-HfSe_(2)表面具有较好的脱吸附性能,能够保证该传感材料的重复使用。Pt-HfSe_(2)具备开发为新型SO_(2)和SOF_(2)气体传感器件的条件,可用于评估SF_(6)电气设备的运行状态,为研究HfSe_(2)基气体传感器提供了理论支持,为新型纳米传感器件应用于电力设备故障诊断提供新思路。

SF_(6)替代气体界面绝缘特性的研究进展

由于SF_(6)气体极强的温室效应,以CF_(3)I、C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O等气体为代表的环境友好型绝缘气体得到了越来越多关注。沿面绝缘特性是评价气–固复合绝缘系统电气性能的一个重要指标,但目前对于新型环保气体的相关研究尚不完善。为了推进环保型SF_(6)替代气体的研发与应用,综述了几种热门SF_(6)替代气体界面绝缘性能的研究进展。从间隙击穿特性及沿面绝缘特性、气–固界面电荷积聚特性和气体分解与气–固材料相容性对沿面绝缘特性的影响3个方面入手,讨论了SF_(6)替代气体进行工程应用的可能性。最后提出SF_(6)替代气体界面绝缘特性研究的3个方向:一是注意电压频率对新型环保气体中沿面放电的影响;二是探究新型环保气体中长期电–热–机复合应力下电荷积聚对沿面绝缘性能的影响机制;三是基于气体分解特性与气–固材料相容性对沿面绝缘性能的影响机制,对新型环保气体气–固复合绝缘系统进行优化设计。

改性石墨烯基传感器对SF_(6)分解组分H_(2)S的吸附机理及检测特性研究

作为SF_(6)的重要分解组分,H_(2)S能够有效反映SF_(6)气体绝缘电气设备内部绝缘故障类型及程度。该文以H_(2)S为目标检测气体,探究了改性石墨烯基传感器对H_(2)S的吸附机理及检测特性。基于第一性原理建立了环氧基化石墨烯(G-O)、钯掺杂石墨烯(Pd-G)和环氧基与钯共掺杂石墨烯(Pd-G-O)改性模型和H_(2)S吸附模型,从吸附能、态密度、轨道、脱吸附时间等多方面计算分析了G-O、Pd-G、Pd-G-O的改性机理与吸附机理,结果表明Pd-G-O对H_(2)S表现出优异的吸附性能,吸附能达到-1.015 eV,为较强的化学吸附,且对应着强烈的电荷转移值0.281 e;制备了G-O、Pd-G、Pd-G-O传感材料及器件,基于微量气敏测试平台测试了改性石墨烯基传感器检测H_(2)S的温度、体积分数、响应恢复及稳定特性,其中Pd-G-O传感器对H_(2)S表现出低工作温度(175℃)及快速响应优势。该文的仿真计算与气敏测试分析为研制检测SF_(6)分解组分的低功耗、高灵敏度及快速响应传感器提供了理论基础与实验支撑。

SF_(6)替代气体电子群参数的脉冲汤逊法测量研究

为了测量SF_(6)替代气体的电子群参数,设计并搭建高精度的脉冲汤逊实验平台。根据脉冲汤逊法的原理,可以获得所测气体的有效电离速率系数、电子漂移速度和密度归一化纵向电子扩散系数。详细介绍所搭建的实验平台、实验方法以及用于数据处理的物理模型。基于设计搭建的实验平台和建立的参数获取方法,选取纯CO(2)在10k Pa下,约化电场强度(E/N)在0~130Td范围内开展实验测量,并将所测得的实验结果与求解Boltzmann方程计算结果和文献中的实验结果进行对比。实验成功地测量了CO(2)气体的有效电离速率系数、电子漂移速度和扩散系数,并且根据所测得的有效电离速率系数,可以确定CO(2)的临界击穿电场为(86±1)Td。通过对比发现,该文的实验结果与参考值有很好的一致性,并且对实验可能存在的误差也做出了相应的分析。此外,还对新型环保气体C_(4)F_(7)N进行测试,测量了其在100Pa下的有效电离速率系数。该文设计搭建的脉冲汤逊实验平台以及建立的参数获取方法将用于各种新型环保缘气体的电子群参数测量和绝缘性能评估,为进一步深入研究新型环保气体放电机理提供关键基础参数。

均匀电场中SF_(6)及其替代气体雷电冲击特性实验研究

SF_(6)气体因其温室效应所带来的问题被越来越多的人所重视,C_(5)F_(10)O(C5)、C_(4)F_(7)N(C4)及其与Air或CO_(2)的混合气体被认为是目前最具潜力替代SF_(6)的绝缘介质。文中基于搭建的可拆实验装置和平台,以板板、同轴两种典型电极结构,实验研究了均匀电场中SF_(6)及其替代气体雷电冲击特性。结果表明:SF_(6)、C5/Air和C4/CO_(2)气体50%击穿电压均随充气压力的升高而增大,SF_(6)气体的上升率最大,C4/CO_(2)上升率最小;在同轴结构下,施加雷电冲击电压的极性对SF_(6)和C4/CO_(2)气体的击穿电压影响相对较大,对C5/Air气体的影响相对较小;在板板电极结构下,3种气体50%击穿电压随电极开距均呈近线性增加趋势,并且充气压力越高,线性度越高。通过替代气体绝缘特性与SF_(6)的比值发现,在充气压力较高的设备中,仅靠提高C5/Air、C4/CO_(2)混合气体的充气压力来改善其绝缘性能,在应用可行性方面会受到很大的局限;在充气压力较低的设备中应用,C4/CO混合气体更具替代SF的可行性。

SF_(6)及其分解产物SO_(2)的拉曼光谱检测试验研究

通过检测GIS中SF_(6)及其分解气体组分,可检测到GIS内部存在的潜在性缺陷,对保障GIS设备的可靠运行具有重要意义。基于频率锁定腔增强技术,将激光耦合到V形谐振腔中,搭建了光反馈频率锁定V型腔增强平台,实现了拉曼信号的增强。开展了SF_(6)及其主要分解组分SO_(2)气体的拉曼光谱检测研究,得到了SF_(6)气体的拉曼特征峰位于774 cm^(-1),SO_(2)气体的拉曼特征峰位于1151 cm^(-1);对SF_(6)气体的检测下限达到了13.2 Pa,对SO_(2)气体的检测下限达到了25.6 Pa。SF_(6)的拉曼特征峰线宽极窄,说明拉曼光谱在抗交叉干扰上具有极大的潜力。通过对不同压强、不同激光功率与不同温度下的SO_(2)气体进行拉曼光谱试验分析,发现SO_(2)气体的拉曼特征峰强度与气体压强、激光功率、温度之间高度线性相关。这项研究为拉曼光谱法对SF_(6)分解气体成分的检测和定量分析奠定了基础,表明拉曼光谱法在SF_(6)分解气体成分检测领域具有巨大的潜力。

SF_(6)测试尾气回收箱设计与应用

SF_(6)由于其良好的灭弧、绝缘能力以及稳定的化学性质,而被广泛应用于断路器中,近年来的统计数据表明,SF_(6)断流器在市场上所占份额正在稳步增长。但SF_(6)同时也是一种温室气体,一旦SF_(6)大量排入空气将会对环境造成严重的污染,因此,为了保障SF_(6)断路器的正常运行,保证设备维护人员的安全,减少SF_(6)气体对大气的污染,研究开发出一种SF_(6)绿色回收装置就显得尤为重要。本文为实现在单次SF_(6)气体试验中,SF_(6)气体的再回收利用,研究设计了一SF_(6)新型气体绿色回收装置,该装置能够极大地提高SF_(6)气体利用率,可有效降低SF_(6)气体试验工作的废气排放量,还可以实现对SF_(6)回收装置的自给自足,为SF_(6)气体回收装置的应用提供了一种新的思路。

基于SnS_(2)传感器的H_(2)S和SO_(2)F_(2)气体检测性能研究

六氟化硫(SF_(6))气体分解产物检测对于气体绝缘设备的故障评估和电力系统的安全监测具有重要意义。文中提出了一种基于SnS_(2)纳米材料气体传感器检测SF_(6)分解产物的方法,即采用水热法和丝网印刷法分别制备SnS_(2)纳米材料和气体传感器,通过实验研究了该传感器对SF_(6)分解产物H_(2)S和SO_(2)F_(2)气体的最佳工作温度、响应特性、灵敏度和长期稳定性。测试结果表明,SnS_(2)气体传感器在最佳工作温度200℃下,对两种SF_(6)分解气体产物的响应与其体积分数之间线性关系较好,线性相关系数均大于0.980,且稳定性较好。文中研究可为SnS_(2)基气敏传感器检测SF_(6)分解组分提供数据参考。

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。

C4-PFN-CO_(2)混合气体在145 kV隔离开关结构下的灭弧性能研究

为了验证C4-PFN气体在145 kV隔离开关中的灭弧能力以及应用前景,选取了C4-PFN-CO_(2)混合气体作为介质进行开断实验。先对C4-PFN气体的饱和蒸气压特性进行了研究,得到了在-25℃液化温度限制下C4-PFN-CO_(2)混合气体的最佳混合比例。在-25℃温度下C4-PFN-CO_(2)混合气体中C4-PFN的最大比例为5.8%。实验发现,在0.6 MPa情况下,C4-PFN-CO_(2)混合气体的弧压相对SF_(6)低,且电弧能量注入量也小,说明SF_(6)的能量耗散速率更高,且灭弧能力更优良。提高压力至0.7 MPa时C4-PFN-CO_(2)混合气体的弧压与0.6 MPa下的SF_(6)很接近,且起弧时也出现电压尖峰,说明气压升高明显提升了混合气体的能量耗散速率,提高了灭弧性能。从燃弧时间分散性上看,气压提升也降低了分散性,对于提高开断过程的电弧稳定性有重要意义。

电力绝缘气体监控中总线驱动的跨平台移植技术

SF_(6)气体密度、分解物和微水含量监测装置被大量用于现代电网监控系统中。这些类型多样的监控装置组成测控网时,采用的总线类型及协议种类繁多。另外,监控系统选择的CPU等硬件及软件差异也很大,这些因素综合在一起导致监控系统的兼容性、互换性变差。为此,研究分析了多总线统一驱动及其在工业边缘普遍采用的Linux、WinCE跨硬件平台的移植问题,提出了统一设备驱动在不同操作系统下的技术思路和嵌入式跨平台统一设备驱动模型,建立了设备驱动程序在不同操作系统下的移植方法。依据这个思路与方法,能快速完成驱动软件功能在不同嵌入式系统之间的快速移植,可降低技术难度,提高监控软件开发效率,增强SF_(6)气体密度继电器在多总线场景中的适应性。本方法不仅适用于SF6气体密度继电器及SF6分解物和微水含量状态监测装置组成的自动化监控系统,而且对解决类似工业场景中的瓶颈技术也具有很高的参考价值。