SF_6/N_2混合气体灭弧室中气流特性的计算分析

以能量平衡方程为基础,建立了分析压气式SF_6断路器灭弧室喷口气流场的数学模型,在不同比例的SF_6/N_2混合气体条件下,对上游区(压气缸)气体压力和温度以及喷口喉道内的气流量进行了数值计算,通过改变混合比、基压、喷口直径和下游扩张角等参数进行大量计算,最终达到了混合气体条件下产生及维持与纯SF_6气体接近或相同的SF_6质量流量的目的,以确保所需的灭弧能力,     

不同背景气体对SF6分解产物检测结果影响的研究

为了探索混合气体中SF_6分解产物的检测技术,了解不同背景气体对SF_6分解产物检测结果的影响,文中对比研究了CF_4/SF_6、N_2/SF_6等不同混合气体与纯SF_6为背景气体条件下,SO_2、H_2S、CO等SF_6分解产物检测结果的差异,研究表明,不同背景气体对SF_6分解产物的检测结果影响不同,文中通过分析拟合得出了CF_4/SF_6、N_2/SF_6混合气体对SF_6分解产物的检测结果的影响系数,并建立了几种CF_4/SF_6、N_2/SF_6混合气体为背景气体与纯SF_6为背景气体条件下SF_6分解产物转换的数学模型。     

应用于直流GIL中环境友好型气体的绝缘性能研究

直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated metal-enclosed transmission line,GIL)可提高特高压直流输电线路走廊选择的灵活性,研究其中SF_6气体的替代气体具有十分重要的意义。该文在负极性直流电压和负极性雷电冲击电压下,通过实验研究了0.4~0.7MPa气压范围内的SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿特性以及圆柱形绝缘子在相应气体环境中的闪络特性。结果表明:随着气压升高,SF_6、SF_6/N_2和CF_3I/N_2气体的击穿场强基本上呈现线性升高趋势,但同气压下SF_6的击穿场强最高,SF_6/N_2次之,CF_3I/N_2最低;CF_3I/N_2混合气体中绝缘子闪络电压远低于在SF_6和SF_6/N_2环境中。研究表明,0.7MPa气压、混合比为2:8的SF_6/N_2气体绝缘性能与0.5MPa时SF_6气体绝缘性能相当,且全球变暖潜能值(global warming potential,GWP)可降低约80%,可应用于直流GIL;而CF_3I/N_2混合气体由于其绝缘性能远低于SF_6和SF_6/N_2气体,不适用于高压直流气体绝缘金属封闭设备。     

应用SF_6与N_2混合气体的气体绝缘封闭开关壳体压力与电场强度研究

分析了在气体绝缘封闭开关中使用SF_6与N_2混合气体后,SF_6气体的含量对介电性能的影响。基于不同的SF_6与N_2混合比例,通过计算与试验研究了气体绝缘封闭开关的壳体压力与电场强度,确认在静态模块中,气体绝缘封闭开关可以采用SF_6与N_2混合气体代替原有的100%SF_6气体。     

柔直换流阀用压接式IGBT器件物理场建模及内部压强分析

压接式IGBT器件是柔性直流换流阀的核心,器件内部压强分布直接影响器件及系统可靠性,而内部压强又受各种材料及复合应力相互耦合作用,针对不同应力耦合效果及其对内部压强的影响,进行压接式IGBT器件物理场模型仿真以及器件内部最大压强分布趋势的研究。首先,基于3.3 kV/50 A压接式IGBT器件实际结构,建立了多物理场模型,分析了机械、机-热和机-热-电不同耦合模型下器件内部压强分布的差异,并获取了器件承受内部最大压强的薄弱环节及各种内部应力作用的耦合效果。然后,基于机-热-电耦合模型,分析了不同环境温度、外部压力、导通电流对压接式IGBT器件内部薄弱层最大压强及性能的影响。最后,建立了压接式IGBT器件功率循环平台,通过恒导通工况和功率循环实验验证了机-热-电耦合模型的有效性和薄弱层分析的合理性。研究结果表明,机-热-电耦合模型能更好地表征压接式IGBT器件多应力耦合作用效果,内部最大压强的薄弱环节为IGBT芯片与发射极钼层间,且内部最大压强随环境温度、外加压力和导通电流的增加而增加。     

-50℃条件下SF_6/N_2混合气体的击穿特性

为研究低温条件下SF_6/N_2混合气体的击穿特性,搭建了温度可控的气体击穿试验系统,采用棒板电极模型模拟GIS内部极不均匀电场,对SF_6/N_2混合气体的工频及雷电冲击击穿特性进行了研究。结果表明:只要保证固定的充气比例和密度下混合气体不发生液化,温度变化对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能基本无影响,且SF_6/N_2混合气体的极性效应比纯SF6气体更明显。     

基于二项近似解玻尔兹曼方程计算CF3I/N2混合气体的绝缘特性

本文阐述了国内外对SF_6替代气体的研究现状,介绍了环保型CF_3I/N_2混合气体的基本特点和绝缘特性。运用对电子输运和反应系数的计算原理,通过对绝缘气体特性和数据处理进行分析,通过不同混合比CF_3I/N_2绝缘气体对电子能量、纵向扩散系数、汤逊系数和有效电离系数的影响,验证了CF_3I/N_2作为替代SF_6绝缘气体的可能性。研究表明:60%CF_3I和40%N_2的混合气体可以达到SF_6和N_2的绝缘水平,可用于替代SF_6气体作为绝缘介质应用在气体绝缘开关设备中,有着较好的应用前景。     

管道母线(GIL)中SF_6/N_2混合气体绝缘性能的研究

文中首先对GIL中SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了计算,重点关注了SF_6体积分数配比以及气体压力对绝缘能力的影响,并且研究了高落差下是否出现气体分层从而对混合气体的绝缘能力产生影响。其次,利用试验装置,对SF_6/N_2混合气体在不同配比和压力下的雷电击穿电压进行了测量,并且对比分析了试验结果与计算结果的差异。计算结果表明SF_6/N_2混合气体绝缘强度随SF_6气体体积分数增加而提高,但SF_6体积分数达到10%后,混合气体的击穿电压呈现出饱和的趋势;在高落差下,SF_6和N_2的混合比随高度的变化很微小;GIL样机的雷电冲击试验结果验证了击穿电压计算结果的正确性。     

1100 kV SF_6/N_2 GIL研究

正GIL是实现特高电压、大电流、长距离输电的一种重要的电能输送设备。用SF_6/N_2混合气体取代纯SF_6气体作为GIL绝缘介质,具有深远的社会环保意义。从气体放电理论出发对SF_6/N_2混合气体的绝缘性能进行了深入研究,研究结果表明,混合比例为0.2∶0.8的SF_6/N_2混合气体绝缘强度为相同气体压力纯SF_6气体     

SF_6混合绝缘气体电气设备中气体泄漏检测技术研究

《京都议定书》将SF_6气体列为限制排放的6种温室效应之一。为减少SF_6气体的使用量,采用SF_6/N_2和SF_6/CF_4混合绝缘气体作为SF_6替代气体是现实可行的,国内外已在部分设备中投入使用。目前,国内外关于SF_6混合绝缘气体电气设备泄漏检测技术的研究较少,现有SF_6检测技术能否直接应用于混合绝缘气体的检测是目前亟须解决的问题。文中以SF_6/N_2和SF_6/CF_4两种混合绝缘气体为试验对象,模拟不同混合比的混合绝缘气体在不同距离和风力等条件下的泄漏情况,利用红外成像仪等仪器进行检测,得出了仪器的检出限值,并提出检测的的最佳条件,证明SF_6泄漏检测技术可以应用于混合绝缘气体的现场检测,对于SF_6混合绝缘气体泄漏现场检测具有一定的指导意义。     

SF6/N2混合气体的工频击穿特性研究

通过理论分析对SF_6/N_2混合气体的工频击穿特性进行了研究,得出SF_6/N_2混合气体中SF_6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SF_6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SF_6/N_2混合气体代替纯SF_6气体作为绝缘介质是完全可行的。     

c-C_4F_8及其与N_2混合气体传热性能研究

氟碳气体c-C_4F_8温室效应小,耐电强度高,是一种良好的SF_6替代气体。使用氟碳气体与N_2的混合气体作为绝缘介质的气体绝缘开关,将成为一类新型的环境友好的设备。文中以管道输电模型为研究平台,通过散热分析结合实验测量的方法研究了0.1、0.25 MPa两种气压下氟碳气体、20%氟碳气体与80%N_2混合气体的散热性能并与N_2、SF_6散热性能进行比较。结果显示对于同一气体介质气压升高,气体综合传热系数增大,传热性能变好;对于不同的气体介质,气体综合传热系数大小排序有:SF_6≈c-C_4F_8c-C_4F_8/N_2N_2,但在管道输电模型下不同气体综合传热系数的差别对传热总量的影响较小,因而可认为这几种气体的传热性能相差不大。     

SF_6混合气体灭弧介质的选择

首先考察了16种常用气体构成的SF_6混合气体。通过分析其液化温度、介电强度、电弧产物的毒性及腐蚀性、热物理性质和传输特性以及价格成本,认为SF_6/N_2混合气体可以代替纯SF_6做为GCB(气体断路器)在低温环境下的灭弧介质。之后,研究了SF_6/N_2的开断特性。研究结果证明,SF_6/N_2混合气体具有较好的开断特性。     

经电弧作用后SF_6及SF_6/N_2的毒性试验研究

本文阐述了运行中SF_6、实验室SF_6开断气体及SF_6/N_2开断气体毒性生物试验的结果。结果表明,在GIS中虽然放置了吸附剂,经电弧作用后的运行中SF_6气体仍具有毒性;SF_6及SF_6/N_2开断气体对生物机体的影响具有某些明显的不同;开断气体的毒性取决于电弧能量及气体中水分含量。     

SF_6/N_2混合气体电击穿特性仿真及实验

通过求解两项近似Boltzmann方程,得到SF_6/N_2的放电参数,并将该参数引入流体模型。结合有限元法和通量校正传输法对SF_6/N_2的流注放电过程进行循环迭代求解,计算其击穿电压。以均匀电场中压强0.1~0.6MPa、间隙5mm为例进行数值模拟,通过气体放电实验对计算结果进行验证。根据计算及实验结果得到不同混合比、压强下SF_6/N_2的协同效应系数,分析采用上述计算方法研究混合气体协同效应的准确性。为更全面地反映混合气体应用条件,进一步开展压强低于0.1MPa的SF_6/N_2击穿特性实验研究。研究表明:随着电子崩不断向前发展,放电间隙的空间电子数密度快速增长,SF_6放电过程中的空间电子数密度增长速度低于SF_6/N_2。0.1MPa下20%SF_6/80%N_2放电5ns时的电子数密度峰值达到4.6×1014m~(-3),而SF_6中该值仅为3.7×1012m~(-3)。当气压为0.1~0.6MPa时,SF_6/N_2击穿电压计算值与实测值的最大误差为9.23%,协同效应系数计算值随压强、混合比的变化趋势与实验结果相符,误差均值为5%。0.02~0.08MPa下SF_6/N2击穿电压、协同效应系数随压强、混合比的变化趋势与0.1~0.6MPa下的基本相同。     

替代SF_6的环境友好混合气体c-C_4F_8/N_2绝缘特性

SF_6因具有良好的绝缘效果而被广泛地应用于电力系统中。但同时,SF_6也是一种温室气体,随着环境问题日益恶化,人们迫切需要找到替代SF_6的绝缘气体。为此,通过实验研究了环境友好气体c-C_4F_8及c-C_4F_8/N_2混合气体替代SF_6的可行性。通过调节电极间隙(1~6 mm)和气压(150~350 k Pa),测量了气体在不同条件下的击穿电压及击穿电流波形,得到了气体的绝缘特性并与SF_6气体进行了对比分析。实验结果表明:纯净的c-C_4F_8气体的绝缘强度约为SF_6的1.3倍,体积比为1:1的c-C_4F_8/N_2混合气体的绝缘强度约为与SF_6的0.9倍。通过计算,c-C_4F_8/N_2混合气体的液化温度可以达到电力系统使用要求。考虑到c-C_4F_8气体对于环境的影响较小,使用c-C_4F_8/N_2混合气体作为替代SF_6的绝缘气体,有着良好的应用前景。     

SF6/N2混合气体在电弧作用下分解产物试验研究

SF_6/N_2混合气体具有良好的绝缘性能和一定的开合电流能力并且可以降低对局部电场畸变的敏感程度、解决SF_6气体的液化问题,可以大大减少SF_6气体的使用量和排放量,减小对环境的温室效应影响,对加强节能减排和实现低碳发展具有重要意义。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SF_6/N_2混合气体用于GIS母线、隔离和接地开关的工作,研究确定了SF_6/N_2混合气体GIS母线、隔离和接地开关采用统一的30%混合比(SF_6:N_2=30%:70%),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。为了研究基于气体分解物检测的GIS设备运维方法,文中基于一台密封间隙模拟GIS设备故障电弧,开展SF_6/N_2混合气体在电弧作用下分解产物试验,研究分解产物的特征组分及其变化趋势。并与SF_6气体在相同条件下分解产物比较分析,提出SF_6/N_2混合气体GIS设备运维与SF_6设备的差异。对SF_6/N_2混合气体GIS隔离和接地开关在开合电流型式试验后的分解产物进行了检测分析,以此判断GIS隔离和接地开关在正常开合电流过程产生的分解产物情况。     

密闭空间中温度对SF_6/N_2混合气体工频击穿电压的影响规律

气体绝缘组合电器会遇到不同的环境温度,为优化SF_6/N_2混合气体设备的设计,研究SF_6/N_2混合气体在工频电压下的击穿电压随温度的变化规律,并分析温度对气体绝缘性能的影响机理。首先分析SF6气体中的电子崩发展过程,发现温度降低导致SF6的附着反应减弱,从而降低其绝缘性能。为验证理论分析,通过试验得到-50℃、-35℃、-18℃、20℃四个温度下,稍不均匀和极不均匀电场中SF_6/N_2混合气体的工频击穿电压。发现在稍不均匀电场中,从20℃降低到-50℃时,SF_6/N_2混合气体的击穿电压降低约10%,在极不均匀电场中降低约12%。与SF_6的试验结果对比发现,稍不均匀电场中SF6的击穿电压随温度下降更显著,但极不均匀电场中SF_6/N_2混合气体的击穿电压随温度下降更明显。考虑导体温升,进一步对比了100℃高温下的情况,发现在-50℃至100℃温度范围内,SF_6/N_2混合气体的工频击穿电压随温度升高呈非线性增大趋势,试验现象验证了理论分析。为补偿极寒条件下SF_6/N_2混合气体的绝缘性能,应适当提高混合气体充气密度或提高SF_6比例。     

SF_6/N_2混合气体微观电弧特性研究

氮气(N_2)易获取、无污染、在不均匀电场下有很高的稳定性等特点,采用SF_6/N_2混合气体替代有强温室效应的六氟化硫(SF_6)气体逐渐成为研究的热点,并且在部分电气设备中已经有所应用。本文以气体动力学方程为基础,考虑了带电粒子的碰撞,仿真得到SF_6/N_2混合气体电弧形成过程及其中微观电子密度的时变规律,并分析了混合气体组分对电弧形成过程的影响,从微观上加深了对SF_6/N_2混合气体特性的认识。     

SF_6/N_2混合气体温度与压力特性的计算及相关试验

使用SF_6/N_2混合气体代替纯SF_6气体作为GIS母线气室的绝缘介质,是一种大幅降低SF_6气体使用量的新型技术。文中对该混合气体的温度和压力特性开展了研究,利用道尔顿分压定律、贝蒂—布里奇曼方程、理想气体状态方程对SF_6/N_2混合气体状态方程进行了推导,开展了混合气体温度压力试验,对SF_6占体积比30%±2%的SF_6/N_2混合气体的试验测量数据和理论计算数据进行了对比分析,确定了该方程在工程应用上的有效性。根据研究绘制了混合气体温度压力特性曲线,为相关GIS设备以及气体监测仪表仪器的设计研发提供了依据。