环保型绝缘介质C_5F_(10)O放电分解特性

近期,CnF_2nO类物质得到了替代气体研究领域的关注,尤其是C_5F_(10)O和C_6F_(12)O,两者均具有极低的温室效应潜能指数(global warming potential,GWP)且绝缘特性优异。由于其出色的绝缘表现,国内外科研机构和公司开始关注该物质及其混合气体,目前针对其放电分解特性的研究较少。该文基于密度泛函理论从微观层面对C_5F_(10)O的稳定性及可能的分解路径展开分析,首先计算得到C_5F_(10)O的电离能等参数,并基于前线分子轨道理论确定分子结构中可能发生反应的位置。其次,分析C_5F_(10)O可能的分解途径、分解产物的形成机制并计算得到相应的能量变化。最后,利用气体绝缘试验平台对C_5F_(10)O/N2混合气体进行击穿测试,基于气相色谱质谱联用仪对击穿前后气室内气体组分进行分析,探讨分解产物的绝缘性能及放电过程中各类粒子的动态平衡过程。研究结果表明,C_5F_(10)O放电分解形成CF3CO·、C3F7·或C3F7CO·、CF3·自由基的过程最容易发生,各类自由基进一步反应将生成CF_4、C_2F_6、C_3F_8、C_3F_6、C_4F_(10)、C_5F_(12)、C_6F_(14),上述产物均具有较强的绝缘性能,且C_5F_(10)O分子与自由基间存在动态平衡过程,两者共同保障了体系的绝缘性能。试验发现随着击穿次数的增加,C_5F_(10)O各分解产物含量增加,其中CF_4、C_2F_6、C_4F_(10)的增长率高于C_3F_8、C_6F_(14),自由基更易于复合形成小分子产物。相关结论对进一步探究C_5F_(10)O混合气体的绝缘特性及协同效应等课题提供一定理论依据,同时为CnF_2nO类新型环保型介质研究提供一些借鉴。     

C_4F_7N/N_2混合气体的分解机理研究

近年来,C_4F_7N(2,3,3,3-四氟-2-(三氟甲基)-丙腈)凭借优良的绝缘和环保性能得到了替代气体研究领域的广泛关注。目前针对C_4F_7N混合气体分解特性的研究较少,为明确其分解特性,文中基于ReaxFF分子动力学方法和量子化学DFT理论对C_4F_7N/N_2混合气体的分解机理进行了研究,同时利用气体绝缘性能测试平台配合气相色谱质谱联用仪对C_4F_7N/N_2混合气体多次工频击穿后的放电分解产物进行了检测。研究发现C_4F_7N/N_2混合气体的主要分解产物有CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CF_3CN、C_2F_4、C_3F_6和C_2F_5CN,其中C_2F_6、CF_4及CF_3CN的相对含量较高;ReaxFF-MD分子动力学模拟显示CF_3,CN,F和C3F7是C_4F_7N分解形成的4种最为重要的自由基碎片。该研究成果深入揭示了C_4F_7N/N_2混合气体的分解机理,为混合气体的工程应用提供了重要参考。     

高气压下O2对C4F7N/N2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_4F_7N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_4F_7N/N_2混合气体中加入一定体积分数的O_2。文中探究了C_4F_7N/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_4F_7N/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_4F_7N/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_2F_6、C_3F_(6、)C_3F_8、CF_3CN、C_2F_5CN、CO、COF_2、C_2N_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_4F_7N/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_4F_7N/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。     

O2对C6F12O/CO2混合气体绝缘性能和分解特性的影响

由于C_6F_(12)O具有优良的绝缘性能和环保特性,受到国内外SF_6替代气体领域内学者们的广泛关注。为探索C_6F_(12)O混合气体应用的最优方案,研究O_2对C_6F_(12)O/CO_2混合气体绝缘性能和分解特性的影响。搭建气体工频击穿试验平台对不同O_2混合比、不同气压的C_6F_(12)O/CO_2混合气体进行工频击穿试验研究,使用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)定性定量分析150次工频击穿后混合气体的分解产物,同时观察击穿后电极表面固体物质析出量的变化,探讨应用于工程的C_6F_(12)O/CO_2混合气体的O_2混合比与气压范围。研究结果表明,C_6F_(12)O/CO_2混合气体中加入3%～7%的O_2可以较好地提升气体绝缘性能,此外加入O_2在击穿放电时能够抑制固体碳的析出,降低高毒性物质C_3F_6的体积分数,但是会促进C_6F_(12)O的分解,使得CF_4、C_2F_6、COF_2、CO的体积分数上升。综合考虑绝缘性能和分解特性后认为气压范围为0.1～0.18 MPa,O_2混合比为3%～5%的C_6F_(12)O-CO_2-O_2混合气体具有一定的工程实用价值。     

环保绝缘介质C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体的放电分解特性

近年来,环保绝缘介质C_4F_7N/CO_2混合气体凭借优良的绝缘性能得到了广泛关注。为避免C_4F_7N/CO_2混合气体在高能放电后出现碳析出,需要加入O_2作为第二种缓冲气体。然而目前鲜有针对C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体放电分解特性的相关报道。该文通过一系列工频击穿放电实验,利用气相色谱质谱联用仪(GC-MS)对含不同体积分数O_2的C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体的放电分解特性进行了分析。研究发现,C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体多次击穿后分解的主要产物有CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CF_3CN、C2F5CN、C_3F_6、CO、COF_2、C_2N_2等,其中CF_4、CO、C_2F_6的生成量相对较高。当O_2的体积分数从0%增加到2%时,上述分解产物的生成量均出现了一定程度的下降;随着O_2的体积分数进一步升高,主要分解产物中CF_4、CO的生成量会持续下降,相反COF_2的生成量会增加,而其他分解产物的含量变化趋势不是很明显。     

C4F7N/CO2和C4F7N/N2混合气体工频击穿实验与协同效应分析

为获得C_4F_7N混合气体最优缓冲气体类型,测量了均匀电场0.1～0.7 MPa下,5%～20%C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2混合气体的工频击穿强度,并分析了2种混合气体的协同特性。基于密度泛函理论的M06-2X-D3/6-311G(d, p)方法建立并优化C_4F_7N、CO_2、N_2分子及C_4F_7N与CO_2、C_4F_7N与N_2的双分子复合物构型,并由M06-2X-D3/6-311+G(d, p)方法获得分子/复合物总能量、相互作用能和键能等。实验和理论计算结果表明,C_4F_7N/CO_2和C_4F_7N/N_2 2种混合气体绝缘强度随混合比例变化时均表现出协同效应,且2种混合气体的协同效应随C_4F_7N占比的增大而增强,同时C_4F_7N/CO_2混合气体协同效应和绝缘强度都强于C_4F_7N/N_2混合气体;C_4F_7N与CO_2双分子间的相互作用强于C_4F_7N与N_2双分子结构。研究发现,C_4F_7N混合气体协同效应与分子间相互作用存在一定的关联性,可通过计算C_4F_7N与缓冲气体分子的相互作用定性分析C_4F_7N混合气体协同效应的强弱。     

环保型C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体分解仿真与实验研究EI北大核心CSCD

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。     

C4F7N/CO2/O2混合气体局部过热分解特性实验研究

C_4F_7N混合气体是目前最具潜力的可替代SF_6气体的环保型气体绝缘介质。文中试验研究了氧气和温度对C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体的局部过热分解特性的影响特性。研究发现,C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体热分解的主要产物有CF_4、C_3F_8、C_3F_6、CO、COF_2、CF_3CN、C_2F_5CN、C_2N_2。O_2添加量为2%时,C_3F_6体积分数增加,其余产物体积分数均有不同程度的下降;O_2添加量大于8%时CF_4、C_3F_8、CO和COF_2的生成速率加快。CF_4、C_3F_8、C_3F_6、CF_3CN、C_2F_5CN的产量和有效产气速率在过热温度达到500℃时均会出现不同程度的下降,大于500℃时继续增加。综合考虑混合气体的绝缘性能和电、热分解特性,实际工程应用中,在C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体加入4%～6%O_2比较合适;COF_2和C_2N_2可以作为表征C_4F_7N/CO_2/O_2混合气体绝缘装备过热性故障严重程度的特征产物,C_2F_5CN可以作为故障性质跃变的标志分解产物。     

环保型绝缘介质C_3F_7CN/CO_2的分解机理

目前在电力行业中广泛应用的SF_6气体具有严重的温室效应,寻找一种绝缘性能优良的环保型替代气体成为研究热点。近年来,C_3F_7CN及其混合气体凭借出色的绝缘性能和环保特性得到了国内外学者的广泛关注。目前针对其放电分解机理的研究较少。首先,基于ReaxFF反应分子动力学方法和密度泛函理论,从微观层面模拟研究了C_3F_7CN/CO_2混合气体的分解机理。基于构建的C_3F_7CN/CO_2混合气体模型,研究了温度对C_3F_7CN分解过程的影响,分析了其可能的分解路径、产物类型及分布等。计算结果表明,C_3F_7CN在局部过热或放电等故障条件下分解容易产生CF_3?、C_3F_7?、C?、CF_3CFCN?、CF_2?和F?等各类自由基,上述自由基复合将产生CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CF_3CN、CO等产物。其次,利用气体绝缘试验平台和气相色谱质谱联用仪(gas chromatography mass spectrometer,GC-MS),试验分析了其多次击穿后的分解产物。试验结果表明,混合气体多次击穿后的主要分解产物是CF_4、C_2F_6、CF_3CN。这些产物分子均具有比较好的绝缘能力,保障了C_3F_7CN/CO_2混合气体的绝缘性能不被破环。相关结论为进一步探究C_3F_7CN/CO_2混合气体的绝缘特性及协同效应等课题提供理论依据和工程指导。     

温度、气压对C4F7N/CO2混合气体局部过热分解特性的影响机制

C_4F_7N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_4F_7N-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_4F_7N-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_4F_7N-95%CO_2混合气体的热分解起始温度为350℃,首先生成C_3F_6和CO,随温度升高还能够检测到CF_4、C_2F_6、C_3F_8、CF_3CN、COF_2、(CN)_2等产物。温度低于450℃条件下,C_3F_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_3F_8、CF_3CN、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_2F_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_4F_7N-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_4F_7N-CO_2混合气体的工程应用提供了参考。     

环保型C_6F_(12)O气体绝缘介质过热分解的反应热力学特性

由于电力工业SF6气体引起的温室效应问题已不容忽视,而环保型绝缘气体C_6F_(12)O有在中低压气体绝缘封闭开关设备C-GIS替代SF6气体的潜能,但其在C-GIS发生局部过热性故障时的稳定性问题至今仍未被研究。为此,首先在已有的气体绝缘介质局部过热分解实验系统上初步进行C_6F_(12)O过热分解实验,并结合理论计算分析可知C_6F_(12)O在高温状态下分解的主要产物有CO、CF_4、C_2F_4、C_2F_6、C_3F_6、C_3F_8、C_4F_8、C_4F_(10)、C_5F_(12)和C_6F_(14)等;在实验研究的基础上,利用密度泛函理论Hybrid:B3LYP方法对C_6F_(12)O和主要分解产物进行分子结构优化,计算C_6F_(12)O分子内的各个键的键能,从键能的角度详细分析C_6F_(12)O分子在过热状态下断键的先后顺序和可能性;详细计算整个C_6F_(12)O分子体系在过热状态下发生过热分解的反应热力学特性,从分子层面上初步揭示了C_6F_(12)O的热稳定性,为将来系统研究C_6F_(12)O绝缘热稳定性奠定了理论基础。     

环保型气体绝缘介质C5F10O过热分解产物的生成过程分析

C_5F_(10)O气体绝缘介质具有优异的环保性能和绝缘性能,在C_5F_(10)O气体工程化应用时,不可避免地面临设备内部经常出现的局部过热性故障,在局部过热性故障的长期作用下,C_5F_(10)O自身是否还能继续保持稳定是决定其能否工程应用的一个重要因素。本文在已有的气体绝缘介质局部过热实验平台上进行C_5F_(10)O过热实验,通过GC-MS确定C_5F_(10)O在局部过热性故障状态下的分解产物,并根据质谱图确定其分子结构式,结合密度泛函理论计算和分析C_5F_(10)O的分解途径和各个分解产物的生成途径。结果表明:C_5F_(10)O/He混合气体在局部高温550℃下主要生成了CO、CO_2、CF_4、C_2F_6、C_3F_8、C_4F_(10)、C_2F_4、C_3F_6、C_3F_7H等化合物,其中CO和碳氟化合物主要来自于C_5F_(10)O的裂解和重组,CO_2主要由羰基CO·与氧气反应生成,C_3F_7H主要由七氟丙烷和水反应生成。     

O_2对C_4F_7N-N2-O_2混合气体绝缘和放电分解特性的影响

由于C_4F_7N兼具优异的绝缘性能和环保特性,因此得到了国内外替代气体领域研究者的广泛关注。为了探究加入O_2后对C_4F_7N二元混合气体绝缘及分解特性的影响情况,在稍不均匀场条件下对含不同含量(即体积分数)O_2的C_4F_7N-N_2-O_2混合气体的工频击穿特性和绝缘自恢复性能进行了测试,同时基于气相色谱质谱联用仪(GC-MS)分析了击穿后混合气体的分解产物组成及含量。研究发现,在C_4F_7N-N_2混合气体中加入一定含量的O_2能够提高混合气体的工频击穿电压且有效改善混合气体自恢复性能;不含O_2的C_4F_7N-N_2混合气体在多次放电击穿后电极表面有黑色物质(碳)析出,而少量O_2的加入能够抑制固体物质碳析出;另外,O_2的加入促进了混合气体的分解,产生了CO_2、COF_2等特征产物。随着O_2含量的进一步提高,混合气体分解产生的CF_4含量显著升高,而C_2F_6、C_3F_8等产物含量降低。综合来看,实际工程应用中建议在C_4F_7N-N_2-O_2混合气体中加入4%～6%的O_2,以达到有效抑制固体物质碳析出的同时提升混合气体的绝缘性能。     

直流电压下CF_3I/N_2混合气体的放电副产物

CF_3I/N_2混合气体被认为有希望取代SF6气体而应用于气体绝缘设备。为了研究CF_3I/N_2混合气体在放电后的副产物,该文基于密度泛函理论(density functional theory,DFT),运用BFGS算法建立并优化了CF_3I分子及其潜在副产物分子的结构模型,并在此模型的基础上通过GGA-PBE算法计算了副产物分子的基态总能量,得到了各分子生成反应的自由能。结果表明副产物的可能组分为C2F6、C_2F_5I和I_2。而采用色质联用法和离子色谱法分别对CF_3I/N_2混合气体直流放电实验后的气体和固体成分进行分析,结果表明气体放电后副产物的主要成分为C_2F_5I,固体副产物为I_2。同时还发现,当气体放电后,将产生少量固态I单质,这导致CF_3I气体含量减少。但经过一个较长时间,CF_3I/N_2气体绝缘性能可恢复到放电前的水平,说明在CF_3I/N_2中决定其绝缘性能的主要因素是自由基对电子的吸附性,而不是I的电负性。研究结果表明,直流电压作用下,CF_3I/N_2绝缘气体放电后可检测到的分解产物是C_2F_5I和I_2。     

交流电晕放电下微水对(CF_3)_2CFCN/N_2混合气体分解特性的影响

全氟异丁腈(CF_3)_2CFCN(C_4F_7N)作为SF_6替代气体引起了研究人员的广泛关注。为研究微水对C_4F_7N的分解特性的影响,本文实施了针对C_4F_7N/N_2混合气体的针-板电极交流电晕放电实验,随后利用气相色谱质谱联用仪和扫描式电子显微镜-能量色谱仪分析了C_4F_7N/N_2在微水条件下的分解特性。结果显示,C_4F_7N/N_2的主要分解气体为CO_2、CF_4、C_2F_6、C_3F_6和C_3F_8等。随着微水含量的升高,CO_2产量增加并逐渐趋于饱和;CF_4、C_2F_6和(C_3F_6+C_3F_8)等氟碳气体的产量先下降后上升;分解气体总量呈缓慢持续增长的趋势。放电后,铜板电极表面出现了沉积物,电镜扫描显示沉积物的主要元素构成为C、N、F等;当微水含量进一步增加时,铜板电极表面出现了Fe和Cr元素。     

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。     

活性氧化铝和分子筛对C_3F_7CN/CO_2及其过热分解产物的吸附特性

近几年提出的环境友好型气体绝缘介质全氟异丁腈(C3F_7CN),在介电特性和环保方面表现良好,具有替代SF_6气体的可能性。探究常用吸附剂对绝缘介质C_3F_7CN及其分解产物的吸附特性,可为实际设备中吸附剂的选择提供参考。在过热实验基础上,对比分析γ-Al_2O_3和分子筛(3A、4A和5A)对绝缘介质C_3F_7CN和缓冲气体CO_2及其混合气体分解产物的吸附特性。C_3F_7CN/CO_2混合气体在650oC下的过热分解产物主要为CO、CF_4、C_2F_6、C_2F_4、C_3F_8、C_3F_6、i-C_4F_(10)、CF_3CN、CNCN和C_2F_5CN等。实验结果表明:γ-Al_2O_3和分子筛对缓冲气体CO_2及分解产物CO和全氟碳类气体的吸附能力较弱,但能有选择地吸附腈类气体。其中,四种吸附剂均能有效吸附腈类气体CNCN,但只有γ-Al_2O_3和5A分子筛能有效吸附CF_3CN气体,γ-Al_2O_3吸附速率大于5A分子筛。此外,γ-Al_2O_3能吸附绝缘介质C_3F_7CN,故不适合用于以C_3F_7CN混合气体作为绝缘介质的电力设备中。     

CF_3I及微氧条件下放电分解组分形成机理

CF_3I作为一种性能稳定且安全环保的强电负性气体近年来受到替代气体研究领域的关注,但CF_3I放电分解组分的微观形成机理及微氧对CF_3I放电分解组分的影响鲜有研究。为此首先基于密度泛函理论(DFT)探究了CF_3I分解产生的CF_3·、CF_2:自由基间相互反应生成C_2F_6等物质的能量变化,借助过渡态理论对反应路径中的能量变化进行了分析,获得了各分解组分的反应热及活化能;其次分析了微氧条件下CF_3I放电分解过程中的主要反应及产物;最后基于傅里叶变换红外吸收光谱法(FTIR)对CF_3I气体及CF_3I和O_2混合气体的放电分解组分进行了试验验证。研究结果表明,CF_3I放电分解产生的自由基反应生成CF4、C2F6、C2F4、C2F5I的过程无能量势垒,产生C_3F_6和C_3F_8则需要一定的活化能;微氧条件下CF_3I放电分解产生的自由基及组分分子与O·和O_2可以通过三条反应路径生成COF2;试验结果表明O_2的存在可促进消耗CF_3I,破坏其绝缘自恢复过程,使绝缘强度劣化;高气压条件下的CF_3I气体绝缘性能优于低气压,更为可靠。     

C4F7N/CO2混合气体中绝缘子工频沿面闪络特性

C_4F_7N/CO_2环保混合气体作为SF_6的潜在替代气体,被国内外研究学者广泛关注。目前研究主要集中在C_4F_7N/CO_2混合气体的间隙绝缘特性,未见在混合气体中绝缘子沿面绝缘特性的研究。为此,建立了C_4F_7N/CO_2混合气体中绝缘子沿面闪络实验平台,联立PR方程以及安托万方程,对气体混合方法进行了修正,研究了均匀电场下,C_4F_7N/CO_2混合气体的工频间隙击穿电压以及沿面闪络电压与气压及C_4F_7N摩尔百分比的关系。结果表明,5%C_4F_7N/95%CO_2绝缘强度达到SF_6的70%,温室效应降低了99.5%;13%C_4F_7N/87%CO_2的相对绝缘强度可达到80%;17%C_4F_7N/83%CO_2的相对绝缘强度可达到90%以上。综合考虑绝缘强度、液化温度、温室效应以及经济性,对工程应用中C_4F_7N的摩尔百分比及混合气体气压选择方案进行讨论,得出选择低混合比下高气压的方案优于高混合比低气压方案。     

直流电场下C_4F_7N/CO_2与SF_6/N_2混合气体中铝质球形自由微粒放电敏感度对比分析

直流气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)充SF_6混合气体或SF_6替代气体时,其绝缘性能将受到自由金属微粒的影响。本文重点针对C_4F_7N/CO_2以及SF_6/N_2混合气体,开展绝缘强度的影响分析。选用的实验气体组份为:C_4F_7N/CO_2(4%/96%)、SF_6/N_2(其中SF_6比例分别为20%、30%、50%和70%)以及纯SF_6气体,在球-碗电极直流电场下,开展微粒影响下的气隙击穿实验。提出微粒放电敏感度(DSP)的概念及定义,用以评估不同组分气体绝缘强度对金属微粒导致的局部电场强度剧变的敏感程度。实验结果表明,在0.1~0.5MPa气压范围内,不存在微粒时,4%C_4F_7N/96%CO_2绝缘强度与30%SF_6/70%N2混合气体相当;存在微粒影响时,4%C_4F_7N/96%CO_2混合气体的DSP值低于30%SF_6/70%N2混合气体的,而高于20%SF_6/80%N2混合气体的,且放电电流呈现双峰值特征。C_4F_7N/CO_2混合气体具有绝缘强度高、对微粒放电敏感度低的特性,这与C_4F_7N具有强电负性和高吸附系数有关。本文还结合微粒运动触发放电的物理模型,阐明了气隙击穿电流出现双峰特征的原因。