操作冲击电压下C4F7N/CO2混合气体252kV GIL间隙及沿面放电特性

C4F7N/CO2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SF6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C4F7N/CO2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C4F7N摩尔百分比为5％、9％、13％的C4F7N/CO2混合气体中252kV GIL中间隙和沿面放电特性,并与0.5MPa SF6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C4F7N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％C4F7N/87％CO2、0.6MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度达到0.5MPa下SF6绝缘强度的87％以上,而0.7MPa 9％C4F7N/91％CO2混合气体下沿面绝缘强度已超过0.5MPa下SF6的绝缘强度.     

C_4F_8/N_2混合气体局部放电特性实验研究

由于SF6气体的温室效应,减少或杜绝SF6气体的使用已成为共识。从局部放电(partial discharge,PD)性能的角度探讨了用C4F8/N2混合气体代替SF6气体用于气体绝缘设备的可行性。通过试验测量C4F8/N2混合气体在不同气压、不同混合比、不同电极距离情形下的局部放电起始电压,得到了这3种因素对混合气体局部放电性能的影响,并与纯SF6气体的局部放电起始电压做了对比。结果表明:纯C4F8气体的局部放电起始电压是纯SF6气体的1.3倍左右;C4F8气体与N2气体具有协同效应,协同系数在0.45左右;C4F8/N2混合气体的局部放电能力与同混合比的SF6/N2混合气体的相似。因此,综合考虑液化温度、环境影响、局部放电性能后,C4F8气体含量在10%～20%的C4F8/N2混合气体有可能替代SF6气体用于气体绝缘设备。     

典型断口结构下C4F7N/CO2混合气体绝缘特性实验研究与仿真分析

环保C4F7N/CO2混合气体是目前最具潜力的SF6替代介质.为研究C4F7N/CO2混合气体绝缘特性及其与典型断口结构下电场的匹配关系,该文结合72.5kV开关产品隔离断口、同轴电极两种结构进行了样机设计,通过实验研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距等对气体绝缘性能的影响,通过仿真计算获得了不同断口结构、不同断口开距下的电场强度分布变化.实验与仿真结果表明,隔离断口结构及同轴电极结构下,表压0.4MPa的20％C4F7N+80％CO2混合气体、表压0.5MPa的16.7％C4F7N+83.3％CO2混合气体,绝缘强度均可达到同等气压下纯SF6气体的80％以上.在隔离断口结构下,开距8mm、246kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算断口间的最高电场强度为38.3kV/mm;在同轴电极结构下,间隙10mm、228.5kV施加电压(0.4MPa下50％击穿电压),计算同轴间隙间的最高电场强度为26.8kV/mm.为达到表压0.4MPa、开距6mm下纯SF6气体的绝缘水平,C4F7N/CO2混合气体的压力可增大至0.5MPa或断口距离增大至约8mm.该文最后还对C4F7N/CO2混合气体的电场强度设计基准进行了探讨.实验研究与仿真分析结果验证了C4F7N/CO2混合气体工程应用的可行性,尤其对开关设备中应用C4F7N/CO2混合气体时的绝缘结构设计具有指导意义.     

C3F7CN/CO2混合气体在极不均匀场下的局部放电特性

试验研究了七氟异丁腈(C3F7CN)体积分数为2%～12%的C3F7CN/CO2混合气体的局部放电特性,探究了气压、C3F7CN体积分数等因素对混合气体局部放电特性的影响,并与同等气压条件下的纯SF6气体进行对比。结果表明:在极不均匀场下,混合气体的局部放电起始电压(PDIV)随气压和C3F7CN体积分数的增大呈饱和增长趋势;混合气体相对纯SF6气体的绝缘性能在高气压环境下比低气压环境下弱;C3F7CN气体与CO2气体具有协同效应,协同系数为0.004～0.311。C3F7CN体积分数为4%～6%的混合气体综合性能优异,在各类中高压气体绝缘设备中具有替代SF6气体的潜力,但高气压下混合气体对电场不均匀度的敏感度较差,因此使用该混合气体的电气设备需进一步优化设计。     

应用于直流GIL中低混合比c-C_4F_8/N_2混合气体的绝缘特性

目前GIL中使用的气体绝缘介质均为SF6气体。SF6气体虽然具有优异的电气性能,但是全球变暖潜能值(GWP)极高,因此迫切需要找到能够替代SF6的绝缘气体。文中以混合比k(c-C_4F_8在混合气体中的体积分数)低于20%的c-C_4F_8/N_2混合气体为主要研究对象,通过调节气压(0.1~0.65 MPa)和气隙间距(1~7 mm)测量了不同混合比k下混合气体的击穿电压和闪络电压,并与纯SF6气体的击穿电压和闪络电压进行了对比分析。试验结果表明:c-C_4F_8与N2呈协同效应关系;k=20%时,混合气体绝缘击穿强度约为纯SF6气体的0.6倍,绝缘闪络强度约为纯SF6气体的0.7倍,2 h耐受电压比短时闪络电压降低了5%~10%;通过提高c-C_4F_8/N_2混合气体的气体压强或增大绝缘距离可以实现替代SF6的目的。考虑到c-C_4F_8在放电中的碳析出问题,应避免混合气体用于频繁放电的设备中。     

C_4F_7N/CO_2混合气体中252kV盆式绝缘子工频沿面闪络特性研究

研究SF_6替代气体及其在气体绝缘设备中应用的可行性是近年来电气工程领域的热点之一。C_4F_7N是一种全球变暖潜能值低、绝缘性能优异的环保型绝缘气体,它与CO_2组成的混合气体有望完全替代SF_6。该文通过试验研究C_4F_7N含量为5%、9%、13%的C_4F_7N/CO_2混合气体中252kV盆式绝缘子的工频耐压和沿面闪络特性,并与0.5MPa SF6中的实验结果进行对比。结果表明:绝大部分沿面闪络发生在盆式绝缘子的凹面侧而非凸面侧;C_4F_7N/CO_2混合气体的沿面闪络电压随气压的上升而升高;相同气压下,沿面闪络电压随着C_4F_7N含量的增加而升高,并存在饱和趋势。0.6MPa下9%C_4F_7N/91%CO_2与0.5MPa下SF_6中绝缘子的沿面闪络电压近似相等。最后结合实验数据和仿真结果,制定了绝缘件的电场强度设计基准。     

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体试验平台搭建及绝缘特性分析

环保型C_4F_7N/CO_2混合气体是目前最有潜力替代SF6的绝缘介质。基于如何进行C_4F_7N/CO_2混气和工程应用问题,文中结合72.5kV GIS产品中典型隔离断口结构下的试验样机,搭建了混合气体绝缘试验研究平台,研究了雷电冲击电压下,不同充气压力、不同断口开距对气体绝缘性能的影响,并对比分析了20%C4F7N+80%CO2混合气体与相同试验条件下,纯SF6、纯CO2气体的绝缘特性差异。试验及分析结果表明,C_4F_7N/CO_2混合气体的介质恢复需要一定的时间;纯SF6、CO2及C_4F_7N/CO_23种气体的击穿特性与开距、充气压力近似呈线性变化且均呈升高趋势,但C_4F_7N/CO_2混合气体的上升斜率最大;当开距从5 mm增加至15 mm时,0.2 MPa充气压力下,C_4F_7N/CO_2混合气体50%击穿电压值从65.75kV上升至179.88kV;当充气压力为0.15 MPa时,15 mm电极开距下,C_4F_7N/CO_2混合气体50%击穿电压的比纯SF6高35.45kV。     

负极性直流下金属微粒对SF_6中支柱绝缘子闪络特性的影响

金属微粒是导致气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line,GIL)绝缘子闪络的重要原因之一。为研究金属微粒对支柱绝缘闪络特性的影响,搭建了实验平台,研究了负极性直流下气压、金属导电微粒尺寸及位置对SF6中支柱绝缘子闪络特性的影响,对闪络过程进行了分析,并应用有限元分析软件对表面电场分布情况进行了计算。结果表明:当绝缘子表面存在金属微粒时,绝缘子闪络电压随气压增大会出现极大值,此现象主要与空间电荷的分布有关;金属微粒附着于高压导体侧时,闪络电压随金属微粒长度增加明显降低,当微粒长度超过一定值时,闪络电压下降减缓;微粒位于绝缘子金属电极侧时对绝缘水平影响最大,随着金属微粒远离高压电极,闪络电压先上升后降低。     

电场不均匀度对C_4F_7N/CO_2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C_4F_7N/CO_2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,C_4F_7N/CO_2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SF_6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,C_4F_7N/CO_2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C_4F_7N/CO_2(5%～20%)SF_6CO_2。     

3种缓冲气体对C_4F_7N混合气体绝缘特性的影响

为研究C_4F_7N(全氟异丁腈)与CO_2、N_2和空气3种缓冲气体混合后作为绝缘介质替代SF_6的潜力,在均匀电场下对C_4F_7N/CO_2、C_4F_7N/N_2和C_4F_7N/空气混合气体的工频绝缘性能进行了研究,其中混合气体气压为0.1～0.7MPa、C_4F_7N占比为5%～20%。对比了含不同缓冲气体的C_4F_7N混合气体绝缘特性,分析了气压和混合比例等因素对混合气体工频击穿电压的影响。试验结果表明,C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/空气混合气体击穿电压随气压升高呈线性增长,而C_4F_7N/N_2混合气体在较高气压下呈微弱的饱和趋势;3种C_4F_7N混合气体的工频击穿电压随混合比例的增加大致呈线性增长。C_4F_7N/CO_2、C_4F_7N/N_2和C_4F_7N/空气混合气体相对于SF_6的绝缘强度随气压的变化并非定值,在0.4 MPa附近相对SF_6绝缘强度存在极小值。C_4F_7N/N_2混合气体在放电条件下的碳析出现象较为明显,严重时会导致C_4F_7N/N_2混合气体击穿电压大幅下降。综合考虑C_4F_7N混合气体的绝缘性能、液化温度和放电条件下的碳析出程度,CO_2和空气是C_4F_7N适合的缓冲气体。     

特高压输变电系统中GIS气体放电特性

为掌握特高压输变电系统中GIS气体的放电特性,初步分析了SF6及SF6/N2混合气体在特高压GIS系统中的放电特性,特别是放电特性的非线性程度,以及放电特性和电场强度之间的关系。分析结果表明,间隙放电电压>1800kV时,雷电冲击过电压和操作过电压会出现非线性,特别是操作过电压,当电压>2000kV时非线性更加明显,GIS电气强度不再随气体压力增加而线性增加,电气强度增加趋于饱和。SF6/N2混合气体中SF6含量较低时,混合气体的液化温度降低,使GIS在较高气体压力下适用于高寒地区。SF6/N2混合气体还能降低纯SF6气体放电电压对电场不均匀、金属颗粒及电极表面粗糙度等的敏感性,具有良好的应用前景。     

220kV合成绝缘子闪络特性的仿真计算分析

针对用复合绝缘子代替玻璃绝缘子对线路的闪络特性存在争议的问题,从绝缘子闪络特性及放电机理着手,通过计算机仿真软件对加载的正极性直流电压绝缘子电场进行仿真,研究分析闪络电弧动态变化,结合气体放电理论推导绝缘子直流闪络过程.通过研究合成绝缘子不同区段电场大小和随时间变化的态势,对合成绝缘子各自闪络路径进行预测.在此基础上,建立电弧-空气闪络电路模型,进行微分计算求解最小闪络电压,最后结合试验进行验证.     

c-C_4F_8/N_2混合气体稍不均匀电场下绝缘性能及放电分解产物的试验研究

SF6存在液化温度高和温室效应两大问题,电力行业发展急需新型环保气体。本文对cC_4F_8/N_2混合气体的绝缘性能进行了试验研究,测量了在稍不均匀电场中,不同气压强度以及混合比例条件下的工频交流击穿电压,结果表明,在实验条件范围内,击穿电压随着气压和c-C_4F_8占比的上升而上升;将实验结果与SF6比较发现c-C_4F_8/N_2混合气体具备和SF6相当的绝缘性能。此外,本文还对混合气体击穿后的气体进行了检测,发现了分解产物C_2F_4。本文为今后c-C_4F_8/N_2混合气体在电力行业中的实际应用提供了参考。     

GIS绝缘子在冲击电压下沿面闪络的分析

利用计算和试验两种方法,对在SF_6气体中的绝缘子施加冲击电压下的电场及其引起的沿面闪络原因进行了剖析,指出在冲击电压作用下,增加屏蔽罩是减弱电极结构所引起的电场垂直分量的一条行之有效的途径;沿面闪络主要取决于电场分布的均匀度和绝缘子表面受周围环境导电微粒污染这两个基本因素;电极形状导致的局部场强增大,靠增加绝缘子沿面闪络距离不能明显提高沿面闪络电压。     

均压环改善绝缘子串电压分布研究

绝缘子电场强度分布不均和绝缘子串电压分布不均是绝缘子污闪电压低的重要因素。为此,提出了在绝缘子铁帽上增加均匀环的办法以提高绝缘子串闪络电压。均压环可使单个绝缘子瓷表面电场方向更垂直于绝缘子表面,改善其电位分布,抑制带电粒子迁移与发展,降低泄漏电流,从而提高闪络电压;均压环也可改善长串绝缘子极不均匀的“U”型电压分布,提高绝缘子串防污性能。仿真与实验室试验数据表明:均压环可提高单个绝缘子的污闪电压达40%,可降低串中绝缘子最大电压差比例和平滑绝缘子串电压曲线;均压环最佳改善效果受其安装位置、数量和绝缘子串长度影响。     

基于PIC法SF_6/N_2混合气体中绝缘子沿面放电特性研究

利用等离子体运动学方程,通过粒子网格法(PIC)对SF6/N2混合气体中绝缘子沿面放电过程进行仿真,研究其局部放电机理。通过二维泊松方程,应用有限元(FEM)方法求解电场,采用蛙跳格式(leap-frog)跟踪粒子的运动。采用蒙特卡罗碰撞模型模拟粒子的碰撞过程,实现二维环境下SF6/N2混合气体放电过程动态仿真。模拟过程中考虑了电子与SF6、N2中性粒子的电离、吸附、复合以及光电离等过程。通过模拟展现了带电粒子受力积聚到绝缘子表面发展过程,对研究绝缘子表面电荷的积聚机理及其对SF6/N2混合气体中绝缘子沿面放电发展的影响具有重要意义。     

风沙条件下的平板模型直流沿面放电特性(英文)

The influence of sand dust on discharge of external insulation has caused widespread concern.At present,the research results show wind-sand electricity has a remarkable effect on the discharge characteristics of insulator and has little influence on the discharge characteristics of air gap.The flashover of insulator strings occurs along the insulator surface and air gaps,and the sand dust deposited on the insulator surface may affect the flashover characteristics of insulator strings.This paper studies the flashover characteristics of flat plate model under DC voltage in wind-sand condition.The experimental results show that under positive polarity voltage,the flashover voltage of the flat plate model has a maximum value,while under negative polarity voltage,the flashover voltage of the flat plate model has a minimum value with a certain degree of sand dust deposition.The wind or sand in sand-dust weather has an important effect on the flashover characteristics of the flat plate model.In certain variation range of electric charge,electric charge of sand dust has little effect on the flashover voltage of flat plate model under DC voltage.The deposition of sand has significant influence on the flashover process of flat plate model,which is related to the deposition density and moisture content of sand particle.     

表面电荷积聚对冲击电压下绝缘子沿面放电的影响

绝缘子的表面缺陷会导致表面电荷积聚，使绝缘子表面的电场发生畸变，影响冲击电压下绝缘子的沿面放电。研究了表面电荷对绝缘子沿面放电进程的影响，发现表面电荷积聚可以降低绝缘子沿面放电的起始电压。外施冲击电压的极性与绝缘子表面电荷极性是否相同会影响绝缘子的电晕起始时刻、由流注向先导的转变时间间隔和流注电晕电流。表面电荷对GIS支撑绝缘子的50％冲击闪络电压和伏秒特性也有一定的影响。     

冲击电弧作用下C4F7N/CO2混合气体灭弧性能仿真分析[1]

为了探讨C4F7N/CO2混合气体的灭弧能力,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,文中使用COMSOL Multiphysics软件建立了二维的气吹灭弧结构,在雷电流幅值为4kA的条件下,对不同比例的混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析,仿真结果表明:比例为20%C4F7N/80%CO2、10%C4F7N/90%CO2、5%C4F7N/95%CO2的混合气体在观测点1的峰值速度分别为:1654.16m/s、1612.25m/s、1111.72m/s。结合电弧的能量平衡理论分析了在模型中电导率、速度以及压强的变化规律,与理论结果对比分析得出:在同一工况条件下20%C4F7N/80%CO2的灭弧性能较优,同时符合气吹灭弧的要求。     

The influence of the dielectric strength of the N/sub 2//SF/sub 6/-insulation by conducting particle on the spacer surface

This paper investigates the dielectric properties of various N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures based upon a cylindrical spacer model with adhering particle on the surface tinder homogeneous field conditions. The investigation involves a comparison with pure SF/sub 6/. The flashover field strength for clean and particle contaminated spacer surface under AC and LI stress is determined. The results of the investigations show the sensitivity of N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures to conducting particles on spacer surfaces for gas pressures up to 800 kPa. Moreover, the correspondence between pure SF/sub 6/ at pressure range from 100 to 400 kPa and N/sub 2//SF/sub 6/ gas mixtures for AC and lightning impulse (LI) flashover field strength range from 50 to 178 kV/cm is determined. Conclusions are drawn about the ability of SF/sub 6/ gas mixtures to serve as technically efficient media for GIS/GITL. The results shed light on the issue of the SF/sub 6/ reduction and particle detectability in GIS/GITL.