sf6替代氣體絕緣及局部放電性能的綜合研究-科技項目申請書及可行性研究報告-文庫吧
2025-04-21 18:15 本頁面
【正文】 cC4F C3F8和 C2F6是 無色、無味、無毒、不可燃 氣體 ，是目前發(fā)現(xiàn)的絕緣 和滅弧性能較好的 可 替代 SF6氣體，其 中 CF3I的 GWP不但小于 5，而且其大氣壽命短，約為 ， ； cC4F8的 GWP為 8700，是 SF6的三分之一 ； C3F8 (GWP = 7000)和 C2F6 (GWP = 9200)對大氣環(huán)境 的 危害 程度也遠(yuǎn)低于 SF6。 以上氣體的 臭氧消耗潛在值 ODP（ Ozone Depleting Potential） 均 約為 0。 如果將其作為絕緣介質(zhì)用于電氣設(shè)備中必將大大減小電力工業(yè)對環(huán)境污染的程度，同時可以提高電力工業(yè)的環(huán)保形象 ，對于推廣使用環(huán)保型替代氣體起到了先鋒模范作用， 大量使用后可降低替代氣體的使用成本，進(jìn)一步提升新型絕緣氣體的性價比。 二、 項目 研究 的背景 早在 70 年代，國外學(xué)者開始研究用 SF6和緩沖氣體 (N CO2等 )的混合氣體作為電氣設(shè)備的絕緣介質(zhì) [13]，幾十年來， SF6混合氣體的研究取得了一定的成果，但是 SF6含量通常較高（大于 30%）不能從根本上解決 SF6氣體帶來的溫室效應(yīng)問題。 鑒于環(huán)保的要求，國外也對一些和 SF6一樣含有 F 原子的電負(fù)性氣體進(jìn)行 大量研究，近年來，三氟碘甲烷 (CF3I)、 八氟環(huán)丁烷 (cC4F8)、 全氟丙烷 (C3F8)、 六氟乙烷(C2F6)等 氣體 被認(rèn)為是最具有潛質(zhì)替代 SF6 氣體作為新的絕緣介質(zhì)用于氣體絕緣設(shè)備中 [47]。 Katagiri 等通過研究得出純 CF3I 氣體的絕緣性能是相同條件下 SF6氣體的 倍， CF3IN2(60%40%)混合氣體的伏秒特性近似與 SF6氣體相同 [815]； Takeda 等通過研究指出在 CF3I 氣體不均勻電場中的飛弧電壓低于 SF6 氣體，但是在均勻電場 下， CF3I 氣體的飛弧電壓高于 SF6 氣體，同時， CF3I 氣體的伏秒特性受電場均勻程度影響比較嚴(yán)重 [16]；日本東京電機(jī)大學(xué)的 Katagiri 等通過研究表明， CF3ICO2 (30%70%)混合氣體開斷性能其是 SF6的 倍，同時 CF3IN2的開斷性能隨 CF3I比例的增大線性增強(qiáng)，而 CF3ICO2 則是非線性增強(qiáng)，即呈現(xiàn)協(xié)同效應(yīng)，因此CF3ICO2混合氣體的開斷性能要強(qiáng)于 CF3IN2，指出 CF3ICO2 (30%70%)混合氣體最適合用于 GIS 中用作絕緣介質(zhì) [17]； Urquijo 等學(xué)者通過脈沖湯森實驗對 CF3I 及CF3IN2混合氣體進(jìn)行研究， 70%的 CF3IN2混合氣體的臨界耐電強(qiáng)度基本與純 SF6氣體相等 [18,19]。 cC4F8 混合氣體作為絕 緣介質(zhì)的應(yīng)用已引起了國內(nèi)外電力和環(huán)境相關(guān)專家的重視。 1997 年美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會技術(shù)會議上把 cC4F8 混合氣體列為未來應(yīng)該長期研究有潛力的絕緣氣體， 20xx 年日本東京電力工業(yè)中心研究機(jī)構(gòu)和東京大學(xué)提出了應(yīng)用 cC4F8 混合氣體作為絕緣介質(zhì) [20]。日本東京大學(xué)研究了 210mm 間隙下 cC4F8 混合氣體的交流擊穿電壓。 文獻(xiàn) [21]僅從降低液化溫度角度研究了cC4F8中添加 N2， CO2以及 CF4氣體后的擊穿特性，而沒有考慮混合氣體的溫室效應(yīng)指數(shù)， 文獻(xiàn) [22]雖然在研究 cC4F8混合氣體的耐電特性時， 考慮了混合氣體的溫室效應(yīng)指數(shù)，但是對于混合氣體的適用環(huán)境沒有進(jìn)行研究， 文獻(xiàn) [23]用擊穿實驗方法對 C4F8/N2混合氣體的耐電性能進(jìn)行了研究，分析了 C4F8氣體與 N2氣體的協(xié)同效應(yīng)，并與 SF6氣體的相應(yīng)性能進(jìn)行了對比；文獻(xiàn) [24]用蒙特卡羅 (Monte Carlo)方法對 C4F8/N2 混合氣體的耐電性能進(jìn)行了研究；文獻(xiàn) [25]用玻爾茲曼 (Boltzmann)方程分析法對 C4F8/N2 的耐電性能進(jìn)行了研究；文獻(xiàn) [2627]用穩(wěn)態(tài)湯生法 (steady state Townsend， SST)實驗方法分別對 C4F8/CO2 混合氣體和 C4F8/CF4 混合氣體的耐電性能進(jìn)行了研究。 文獻(xiàn) [28]針對 C4F8/N2 混合氣體的局部放電性能進(jìn)行了研究，分析了混合比、氣體壓強(qiáng)、電極距離等因素對混合氣體局部放電起始電壓的影響 。 文獻(xiàn) [2]從擊穿和局部放電的角度對 C3F8/N2混合氣體和 C2F6/N2混合氣體進(jìn)行了研究，并與 SF6/N2 混合氣體進(jìn)行了對比分析。 文獻(xiàn) [29]描述了 C3F8/CO2 從局部放電到擊穿的過程，并對放電過程中產(chǎn)生的光的變化進(jìn)行研究。 綜上，目前國內(nèi)外對 CF3I 及其混合氣體替代 SF6氣體可能性的研究 剛剛起 步，僅對 CF3I 開斷性能進(jìn)行了初步研究， 還需進(jìn)一步從工頻擊穿實驗和 PD 實驗分別對純 CF3I 及其混合氣體的擊穿特性和 PD 特性進(jìn)行系統(tǒng)研究，同時對純 CF3I 氣體及其混合氣體從局部放電起始到擊穿的 不同階段 放電特性進(jìn)行研究 ；對于 cC4F8 的研究雖然比較豐富，但針對其混合氣體在直流和沖擊電壓下的絕緣狀態(tài)還存在空白；對 C3F8 和 C2F6 的研究 僅 停留在氣體放電屬性的初級階段， 還需對 其與緩沖氣體的混合比、 氣體壓強(qiáng)、缺陷的不均勻程度等因素對絕緣 特性的 影響開展研究。 主要參考文獻(xiàn) [1] Christophorou L. G and Van Brunt R. J. SF6/N2 Mixtures Basic and HV Insulation Properties [J]. IEEE Transanctions on Dielectrics and Electrical Insulation, 1995, 2(5): 9521003. [2] Yamada T, Ishida T, Hayakawa N and Okubo H et al. Partial Discharge and Breakdown Mechanisms in Ultradilute SF6/N2 Gas Mixtures [J]. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 20xx, 8(1):137142. [3] HeoGyung, CheongHo Hwang and NamRyul Kim et al. NonUniform Field Breakdown Characteristics of SF6/CF4 Mixtures at Various Pressures[C]. International Conference on Condition Monitoring and Diagnosis, Beijing, China, 20xx:2124. [4] Okubo H, Yamada T, Hatta K and Hayakawa N, et al. Partial Discharge and Breakdown Mechanisms in Ultradilute SF6 and PFC Gases Mixed with N2 Gas [J]. Journal of Physics D: Applied Physics, 20xx: 27602765. [5] 周輝 , 邱毓昌等 . N2SF6 混合氣體的絕緣特性 [J]. 高壓電器 , 20xx , 39(5): 1315. [6] 陳慶國 , 肖登明等 . SF6/N2 混合氣體的放電特性 [J]. 西安交通大學(xué)學(xué)報 , 20xx, 35(4):338342. [7] 肖登明 . 幾種 SF6 混合氣體的耐電強(qiáng)度及分析 [J]. 上海交通大學(xué)學(xué)報 , 1996, 30(1):2328. [8] Taki, M. et al. Interruption Capability of CF3I Gas as a Substitution Candidate for SF6 Gas. IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation, 20xx. 14(2): 341
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