SF6/N2混合气体绝缘特性的实验研究

目前绝大多数气体绝缘开关设备采用SF₆气体绝缘,SF₆泄漏导致严重的环保问题,人们迫切希望少采用或不采用SF₆气体,以降低对环境的污染。为此,试验研究SF₆和SF₆/N₂混合气体在不同混合比、不同压力以及在不同电场结构下的击穿特性,并与SF₆气体的绝缘性能进行比较,试验结果表明：在N₂中注入20%~30%的SF₆气体后,SF₆/N₂混合气体绝缘性能指标可以达到纯SF₆气体的80%左右,但若继续增加SF₆气体的配比,则其耐电强度上升的幅度明显变慢;此外,试验研究还发现,极不均匀电场会大大降低气体的耐击穿电压强度。试验研究证明了采用SF₆/N₂混合气体代替纯SF₆气体的技术方案的可行性。     

SF6绝缘套管类设备中气体检测及运行维护

对SF₆绝缘套管类设备中气体进行检测分析有利于确保设备的安全运行。分析了SF₆绝缘套管类设备中典型放电性故障特征以及气体分解机理,并通过气体检测及现场实例分析,提出了对SF₆绝缘套管类设备的运行维护建议。     

550 kV SF6 气体绝缘高海拔套管绝缘屏蔽结构

介绍了550 kV SF6气体绝缘金属封闭式组合电器（GIS）高海拔套管的绝缘屏蔽结构参数对电场分布的影响。针对套管单屏蔽结构方案,通过有限元法研究了接地屏蔽层翻边结构参数组合对套管内部最大电场强度的影响;研究了接地屏蔽层高度对GIS套管内外绝缘电场强度分布的影响。从而通过最优化接地屏蔽层高度和接地屏蔽层翻边结构参数组合,得到合理的套管内外电场分布,有效解决了高海拔型套管外绝缘修正后的内外电场分布均匀化问题,为550 kV SF6气体绝缘高海拔套管的绝缘结构设计提供了理论依据。     

SF6/N2流注放电仿真及协同效应研究

建立反映气体放电过程中粒子运动特性的二维流体模型,采用有限元和通量校正传输法对该模型进行数值求解,计算了50%SF₆+50%N₂在均匀电场下的放电规律,模拟了流注发展过程中粒子密度的分布情况,分析放电过程中带电粒子对均匀电场的影响。搭建气体放电实验平台,测量平板电极下绝缘间隙5 mm时SF₆/N₂混合气体的击穿电压,将SF₆/N₂击穿电压的实测值与折算值进行对比,研究不同混合比、气体压强对SF₆/N₂协同效应的影响。结果表明：随着流注向阳极运动,放电间隙内的电子数密度不断增大;在放电初始阶段,空间电荷对电场的影响很小,随着电荷数量不断增加,空间电场产生明显畸变现象。SF₆/N₂混合气体击穿电压的实验测量值大于折算值,且SF₆含量越高,实测值和折算值越接近。可以看出,SF₆/N₂的协同效应在含有少量SF₆时较明显,而当SF₆含量较高时,混合气体的协同效应减弱。     

电场不均匀度对C4F7N/空气混合气体工频绝缘性能的影响

干燥空气作为性能优异的缓冲气体与C₄F₇N气体混合后具有替代纯SF₆气体的潜力。目前,关于C₄F₇N/空气混合气体的研究主要集中于均匀电场下的绝缘性能,对其在不均匀电场下的击穿特性研究较少。在6种不同电场条件下,通过工频击穿实验探究电场不均匀度、气压、混合比对C₄F₇N/空气混合气体工频绝缘性能的影响,计算分析了不同C₄F₇N体积分数的C₄F₇N/空气混合气体的液化温度及GWP值,给出了可替代纯SF₆气体的混合比例及应用条件。结果表明,电场不均匀度较低时,随着气压升高、C₄F₇N体积分数的增大,C₄F₇N/空气混合气体工频绝缘性能逐渐接近甚至超过纯SF₆气体,电场不均匀度较高时,C₄F_7...     

SF6分解物检测在高压直流套管故障诊断中的应用

随着气体绝缘设备在电力系统中的广泛应用,SF₆分解物检测成为电力设备状态评估与故障诊断的有效方法。然而目前的研究大都集中于GIS（气体绝缘开关装置）,在换流站直流穿墙套管和换流变压器阀侧套管方面少有研究。为此,在介绍SF₆气体分解机理和分解物检测技术的基础上,并依据套管分解物检测结果,分析换流站套管SF₆分解物的组分含量及其生成规律。通过2个现场检测套管SF₆分解物异常实例,说明生产现场开展SF₆分解物检测时,应综合实验室检测、电-声-气联合检测及电气试验等手段,并结合历史数据与资料,对异常检测结果进行系统化分析。最后,讨论了SF₆分解物检测技术目前存在的主要问题。     

新型515 kV直流SF6气体绝缘穿墙套管研发设计

直流穿墙套管是承载系统安全的一个核心设备,在直流输电系统中处于咽喉位置,文中以515 kV SF₆气体绝缘结构穿墙套管为研究对象,针对超长导电杆挠度过大引起穿墙套管内部电场畸变的问题,新设计一种带空间支撑结构的导电杆,并与传统导电杆对比分析,得到新型导电杆挠度值下降了34.95%,然后对安装新型导电杆的穿墙套管进行温升仿真分析,计算结果表明,安装新型导电杆的穿墙套管具备额定通流6515 A和耐受1550kV雷电冲击的能力。各项型式试验的顺利通过,验证了515kV SF₆气体绝缘结构穿墙套管结构的合理性,为直流输电工程更高电压等级穿墙套管的研制奠定理论基础。     

干湿分区对直流穿墙套管内外部场强影响研究分析

基于电场仿真软件开展特高压换流站直流穿墙套管在雨雪天气下形成干湿分区后,外部电场畸变对套管内部场强的影响分析。进一步搭建干湿分区畸变形成的空间电荷模型,定量开展其对直流电场的影响分析,得到了不同空间电荷量、不同绝缘介质下,套管外部场强畸变对内部电场强度变化的影响,确定套管内部放电的原因为外部存在干湿分区引起内部SF₆气体场强异常增大,导致穿墙套管内部放电。为特高压换流站直流穿墙套管外绝缘设计与安装优化设计提供了支撑,保障了特高压换流站穿墙套管设备的稳定运行。     

500 kV SF6 电流互感器内部盆式绝缘子缺陷电场分析和实验研究

近年来,涉及SF₆气体绝缘电流互感器故障次数较以往明显增多。为此,对一起故障的500 kV SF₆电流互感器进行解体事故分析,发现事故是由运行过程中内部盆式绝缘子产生缺陷造成的。为深入了解气体绝缘电流互感器绝缘特性,从源头上防止突发性故障,依据SF₆气体绝缘电流互感器事故分析结果,对盆式绝缘子有气泡、裂缝、金属污染等缺陷的情况进行了三维电场仿真计算分析和局放实验研究。研究结果显示：有缺陷的盆式绝缘子电场发生畸变,尤其是有金属污染时电场畸变最为严重,局放电压急剧下降。研究得出的数据和结论为SF₆气体绝缘电流互感器的绝缘设计、结构优化、运行维护和故障分析提供了理论参考依据。     

高压SF_6气体绝缘套管全工况长期老化性能探讨

通过建立高压套管全工况运行仿真平台,分析了高压交流套管中心导杆集肤效应,对高压套管本体全工况条件下电场分布规律进行了仿真计算。然后开展了高压缩比套管设计及试制,搭建了高压缩比套管老化试验平台,对套管用胶纸复合材料的介电性能、理化性能、力学性能进行了分析。结果表明:高压SF_6气体绝缘套管的内部热源主要包括中心导杆集肤效应发热和芯子本体介质发热两部分;套管双层复合电介质的电场强度及其分布分别与其相对介电常数和介质损耗因数有关;高压缩比套管性能试验可在一定程度上反映实际运行套管的老化特征规律。     

1100kV GIS用SF6气体绝缘复合套管结构有限元仿真分析

对1 100 kV高压组合开关电器(GIS)用SF_6气体绝缘复合套管内部SF_6气体压强的确定、GIS复合套管内屏蔽结构许用场强进行了讨论分析,确定了套管内部金属屏蔽和外绝缘结构设计方案。基于此,建立了1 100 kV GIS套管的三维有限元仿真计算模型,并对其内部金属屏蔽和绝缘件电场分布进行了仿真模拟,同时对套管基座进行了机械应力分布计算。结果表明:套管金属屏蔽最大电场强度约为10 k V/mm,复合绝缘子护套表面电位分布接近线性分布;当负荷加载方向垂直于GIS管道方向时,弯曲应力最大值为11.2 MPa;在1.1倍额定电流6 930 A下,套管中温度最高点位于中心导杆附近,最高温度为80℃,满足设计要求,试制的SF_6气体绝缘复合套管通过了全部型式试验。     

外电场对HFO-1234ze(E)分子的结构和性质的影响

初步研究表明,HFO-1234ze(E)具有良好的绝缘性能和环保性能,有潜力作为绝缘介质应用于电气设备中。考虑到气体绝缘介质在设备中应用时处于外加电场作用下,然而目前尚无关于HFO-1234ze(E)气体特性受电场影响的研究。因此,通过理论计算获取了电场对HFO-1234ze(E)的分子结构和性质参数的影响规律,剖析不同电场作用下HFO-1234ze(E)微观特性的变化,从而揭示其具有良好绝缘性能的本质。计算结果显示HFO-1234ze(E)分子结构中除C—H键外其余键长存在明显变化,SF₆分子中仅沿电场方向的S—F键存在变化。HFO-1234ze(E)的能隙值随外电场增大而减小,电子跃迁更容易发生,分子结构化学稳定性降低,且C=C双键附近的电荷密度较大,具有较强的化学反应活性;同时HFO-1234ze(E)的能隙值整体小于SF₆的分子轨道能隙值,表明其分子结构化学稳定性略弱于SF₆。分子的结构变化会导致分子的性质改变,且气体的介电强度与分子的极化率和电离能存在紧密联系,与SF₆对比,HFO-123...     

HFO-1336mzz(E)应用于气体绝缘输电线路的温升特性研究

为得到新型环保气体HFO-1336mzz(E)应用于气体绝缘输电线路(GIL)中的温升特性，本文基于有限元方法建立磁场-传热场-流体场多物理耦合模型，仿真分析额定工况下GIL内部温度场分布，并研究缓冲气体类型、填充气压、混合比和运行电流对GIL温升的影响。结果表明：额定工况下GIL内部的温度场呈现上高下低的温度梯度分布规律，其中A相导体的温升比B相导体的温升高0.70℃，接地外壳的温升最小。在相同条件下，HFO-1336mzz(E)/CO₂混合气体中导体的温升仅比HFO-1336mzz(E)/N₂混合气体中的温升低0.38℃，考虑到HFO-1336mzz(E)气体分解后固体析出物的影响，选择CO₂作为缓冲气体比N₂更为合适。提高填充气压和混合比均能降低导体的温升，填充0.70 MPa的10%HFO-1336mzz(E)/90%CO₂混合气体导体的温升仅比填充0.50 MPa纯SF₆的温升高5.02℃。GIL导体和接地外壳的温升均随着运行电流的增大而增大，并...     

环保型绝缘气体技术经济性能综合评估研究

SF₆是一种强温室气体，排入环境危害巨大，研究能替代SF₆的环保型绝缘气体是绿色发展的必然。文中首先简略介绍了针对SF₆替代气体的研究情况，重点结合工程实际应用需求，提出了环保型气体多维度评价体系，并依据提出的评价标准对多种潜在的SF₆替代气体进行了综合分析。综合理化性能、安全性能和绝缘性能多个维度评估，结果表明，C₅F₁₀O、C₆F₁₂O、C₃F₇CN综合性能优异，其中C₅F₁₀O、C₆F₁₂O混合气体具备应用于中低压设备，C₃F₇CN混合气体具备应用于中高压气体绝缘设备的潜力，该评估与目前的环保型绝缘气体设备的发展趋势相符，具有很好的参考性。     

基于实稳定化方法求解气体共振态能量及其与绝缘强度的关联性

气体放电过程中，分子捕获电子形成共振态的暂态阴离子，共振态微观参数研究有助于揭示气体绝缘强度的微观机理。根据轨道实稳定化方法，研究了Dunning’s相关一致性基组中弥散函数对实稳定化曲线的影响，以及长程校正泛函计算共振态能量的误差；最终采用ωB97XD、LC-ωPBE泛函和aug-cc-pVTZ[+3p]基组，分析了CO₂、N₂、SF₆、c-C₄F₈、i-C₃F₇CN的shape共振态参数。各气体的shape共振能量计算值与实验值偏差较小，结果表明最低的shape共振能量与绝缘强度相关。最低的shape共振态能量越小，气体绝缘强度越高。实稳定化方法便于获取气体分子共振态参数，可用于筛选SF₆替代气体。     

SF6测试尾气回收箱设计与应用

SF₆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，SF₆断流器在市场上所占份额正在稳步增长。但SF₆同时也是一种温室气体，一旦SF₆大量排入空气将会对环境造成严重的污染，因此，为了保障SF₆断路器的正常运行，保证设备维护人员的安全，减少SF₆气体对大气的污染，研究开发出一种SF₆绿色回收装置就显得尤为重要。本文为实现在单次SF₆气体试验中，SF₆气体的再回收利用，研究设计了一SF₆新型气体绿色回收装置，该装置能够极大地提高SF₆气体利用率，可有效降低SF₆气体试验工作的废气排放量，还可以实现对SF₆回收装置的自给自足，为SF₆气体回收装置的应用提供了一种新的思路。     

SF6/N2混合气体在126kV气体绝缘金属封闭开关设备中的应用

在役的大部分气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)使用绝缘性能较好的SF₆气体作为绝缘介质。为实现“双碳”目标,开展绝缘气体的替代研究以控制SF₆气体的使用与排放有助于提升电力设备的环境友好性。为实现SF₆/N₂混合气体在126kV GIS中的应用,首先确定126kV SF₆/N₂混合气体型GIS的基本参数,并通过建立各单元的有限元模型进行仿真计算,验证了设计的可行性。型式试验的顺利通过表明,在维持现有GIS结构的前提下,适当混合比及充气压力的SF₆/N₂混合气体能保证GIS的正常运行。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

特高压SF_6气体绝缘套管内屏蔽结构研究

为了研究特高压SF6气体绝缘套管内屏蔽结构的电场分布特性并制定合理的结构设计方案,通过对特高压SF6气体绝缘套管进行有限元电场分析,研究了边缘效应和结构参数对内屏蔽电极表面电场的影响。在此基础上,针对仅通过控制电极表面电场进行内屏蔽结构设计的局限性,研究了SF6局放起始电场强度对内屏蔽结构设计的影响。结果表明:内屏蔽电极边缘外形对电极边缘电场强度影响较大,而对电极中部电场强度影响较小,因此进行内屏蔽结构设计需要考虑边缘效应对电极表面电场的影响,将边缘外形设计和电极尺寸设计分开进行;此外,边缘外形对边缘SF6局放起始电场强度影响较大,在进行边缘外形设计时需要综合考虑表面电场强度和局放起始电场强度的影响。     

气体电弧在不同气体介质中电子数密度的汤逊散射诊断研究

随着“双碳”政策的提出,对于环保型SF₆替代气体的探索受到了越来越广泛的关注,各类气体的绝缘特性是我们关注的一个重要参数。但是由于电弧的不稳定性,断路器中电弧放电的电子数密度很难被测量,且电弧电子数密度又是确定断路器开断成功与否的重要参数。汤逊散射作为一种等离子体的光学诊断方法,具有无需基于平衡态假设且精度较高的优点。文中利用汤逊散射的方法成功测量了,在250 A、200 V的条件下通过拉弧形成的电弧,在空气、N₂、CO₂、SF₆四种不同气体中的径向电子数密度的分布。发现在燃弧阶段,4种气体介质中电弧的径向电子数密度分布差别不大,电弧中心的电子数密度在1×10²³m^-3左右,电弧边界的电子数密度约为6.0×10²²m^-3;整体而言,SF₆的径向电子数密度要小于空气的,这与SF₆的强电负性有关。