SF6／N2混合气体的放电特性

为了探讨SF6／N2混合气体代替纯SF6气体作为气体绝缘开关装置（GLS）绝缘介质的可行性,阐述了SF6／N2混合气体放电的基本参数,给出了Wieland插值的适用条件,并对SF6／N2混合气体在不同混合比、电压波形及电压下的放电特性进行了试验研究。研究结果表明：SF6／N2的电晕稳化作用比纯SF6中的要强,当气压较高时,混合气体在高频率快速暂态过电压作用下的击穿电压比低频率作用下的要低,而且均匀场中混合气体的击穿电压与气压基本呈线性关系。所以,在不改变现有GIS结构及尺寸的情况下,可增加混合气体的压强来保证GIS的绝缘强度。     

CF_4及其N_2混合物的工频击穿特性研究

SF6具有高绝缘强度和良好灭弧性能,但其温室效应指数(GWP)过高,且液化温度较高,不适合在极寒地区使用,为研究能在极寒地区使用的绝缘气体,文中针对极寒地区气体绝缘设计的要求,研究了具有低温室效应指数、低液化温度的CF_4,及其N_2混合物的工频击穿特性,实验结果表明:CF_4及其N_2混合物的工频击穿电压随气压的增加出现饱和现象;在极不均匀场中击穿电压随电极距离增大也出现饱和现象;20%的CF_4/N_2混合气体为最佳混合比,其绝缘强度为纯CF_4击穿电压80%以上,纯SF6的50%左右,并具有较低液化温度和GWP指数,可作为极寒条件下SF6的替代气体。     

不均匀电场下SF6/CO2混合气体局部放电绝缘性能实验研究

SF6气体的温室效应对环境的影响日益严重,限制SF6气体的排放已经达成共识。用针一板电极模拟真实GIS金属突出物缺陷,通过工频实验测量了SF6/CO2混合气体的局部放电起始电压,讨论了电极间距、混合比、气压等因素对混合气体局部放电性能的影响,并与纯SF6气体进行对比分析。     

CF4/N2混合物替代SF6/N2的可行性研究

SF6具有良好的绝缘强度,但其全球温室效应指数(GWP)是二氧化碳的23 900倍,因此有必要寻找一种环境友好的绝缘气体替代SF6。从绝缘性能、协同效应和GWP三方面研究了CF_4/N_2混合物替代SF6气体的可行性。研究结果表明:CF_4/N_2混合物的工频击穿电压随气压的升高出现饱和现象;80%CF_4/N_2混合物为最佳混合比例,其绝缘性能约为同条件下纯SF6击穿电压的65%;CF_4/N_2混合物具有协同效应,协同系数在0.2~0.59之间,和SF_6/N_2的协同系数接近;CF_4/N_2混合气体的GWP值随着气体的混合比呈线性关系,80%CF_4/N_2混合物的GWP值比SF_6/N_2低很多。因此,综合考虑绝缘性能、协同效应和GWP,80%CF_4/N_2混合物有希望替代SF_6/N_2气体用于气体绝缘。     

直流电压作用下极不均匀电场中SF_6/N_2混合气体局部放电起始特性研究

为了解决直流气体绝缘输电线路(GIL)中绝缘气体SF_6高温室效应、价格昂贵等问题,采用SF_6与N_2混合绝缘的解决方案。针对直流GIL中极不均匀电场的情形,搭建直流高压试验平台,研究了SF_6/N_2混合气体在不同SF_6体积分数、不同电压极性和不同气压条件下的局部放电起始特性。结果表明:气压为0.3 MPa电场畸变特别严重时,SF_6/N_2混合气体的起始放电电压(U_0)会高于纯SF_6气体的起始放电电压,且电场畸变越严重,混合气体U_0高于纯SF_6气体所需的SF_6含量越低;曲率半径(r)为20、50μm的尖端气体相对绝缘强度(k)随SF_6含量变化的趋势一致,呈现双峰形状,r为100、120和160μm的尖端k随SF_6变化呈现单峰形状,且负极性电压下的k高于正极性电压下的k;r为20μm的尖端在SF_6浓度为20%时,0.1～0.3 MPa气压范围内混合气体U_0高于纯SF_6气体,气压为0.4 MPa时,混合气体U_0为纯SF_6气体的95%,已基本达到纯SF_6气体的绝缘强度。     

SF6及其混合气体临界击穿场强计算与特性分析

为了在弧后电击穿评估时得到热态SF6及其替代或混合气体的准确临界击穿场强,通过求解两项近似Boltzmann方程,得到了SF6气体在0.4MPa和0.8MPa下、300～3 000K范围内的折合临界击穿场强(E/N)cr。结果表明:SF6气体的(E/N)cr随温度升高而跌落,其减小速度与SF6的分解速度有关;在1 500～2 500K范围内,SF6气体在0.8MPa下的(E/N)cr明显高于0.4MPa下的(E/N)cr,而在其他温度下,二者的(E/N)cr非常接近。同时,计算了SF6-CF4、SF6-CO2、SF6-O2、SF6-CH4、SF6-C2H6和SF6-CHF3在300K下的(E/N)cr,发现当x(SF6)超过10%以后,6种混合气体的(E/N)cr随x(SF6)近似线性变化,且6种纯气体中CF4和O2的(E/N)cr最大,而与SF6混合后,SF6-CF4和SF6-O2的(E/N)cr相当,仍高于其他混合气体。此外,还引入了SF6与混合气体击穿场强的比值r,在一定范围内只要混合比例与压强适当,混合气体可得到与SF6相当的击穿场强。     

环氧及其复合材料气固界面快脉冲闪络特性

设计了用于气固界面闪络的实验装置,可以安装指形电极(曲率半径为10mm)和平板电极.该设备可输出峰值为125kV、上升沿和半高宽为20ns/5μs的快脉冲.研究了无试样时指形电极系统在不同气压下的击穿特性,在空气和SF6气体中不同气压下纯环氧的脉冲闪络特性,以及不同质量分数的Al2O3·3H2O环氧复合材料在0.4MPa空气中的沿面闪络特性.结果表明,SF6气体中绝缘介质的闪络电压较空气中有更大的分散度,环氧复合材料质量分数为20%时闪络电压最低.     

SF_6-CO_2混合气体预放电参数和击穿的研究

本文分析了用来确定SF_6-CO_2混合气体中预放电参数(游离和吸附系统)和击穿特性的方法.由三种方法所获得的有效游离系数和E/P极限值吻合.文中给出了一种分析混合气体预放电电流变化的方法,用此方法获得了准确的α/P和η/P值.在所研究的条件下,除了低的Pd值情况外,由实验所得的击穿电压和计算值相符.     

500kV GIS套管二维电场的ANSYS分析

SF6绝缘套管是气体绝缘金属封闭开关设备GIS的核心组件,对GIS的安全运行具有重要意义.套管是结构复杂的绝缘系统,其内部电场分布十分复杂,易发生闪络或者击穿放电.通过建立500kV GIS套管的轴对称数学模型,对套管的电场进行模拟和仿真计算,得到了电场分布及最大场强,可为绝缘结构的优化设计提供依据.     

特高压变电站电磁暂态过电压机理与控制

根据研究的总体目标及研究思路和任务,该研究总结归纳出重点需关注的科学问题:(1)VFTO机理及建模仿真;(2)VFTO作用下GIS破坏机理和绝缘特性。针对此科学问题的主要研究内容包括:基于所研制的T型电极VFTO传感器在特高压变电站开展了特快速暂态过电压的实测研究,获得了大量宝贵实测数据。为特高压变电站隔离开关带电操作决策及变电站设计提供了支撑。研究提出并实践了从"SF6小间隙(间隙距离为mm级)-SF6大间隙(间隙距离为cm级)-GIS隔离开关"的系统技术路线,有效克服GIS隔离开关中VFTO高频振荡电弧难以观测的技术难题,得到了特高压GIS隔离开关的全过程时变弧阻模型。研究获得了大尺度GIS部件的VFTO绝缘特性,获得了与雷电绝缘特性的等价关系,给出了波形转换系数1.1,为VFTO绝缘配合难题的解决提供了重要支撑。建立两路纳秒级脉冲群VFTO模拟电源及其配套的绝缘试验腔和测试系统,测试系统包括紫外光谱测试仪、高能电子测试装置。模拟VFTO波形,开展纳秒脉冲下SF6气体的击穿和闪络特性实验,获得不同气体压力下SF6气体的击穿和闪络规律和特性;发现在一定压力条件下,极不均匀场下SF6击穿的极性效应出现反转现象;基于记忆效应提出重复纳秒脉冲下的放电机理。在252 k V GIS试验回路上,开展了铁氧体磁环串抑制VFTO的系列试验,研究了不同试验电压下VFTO波形的主要特征参数与磁环串长度的关系,证实了铁氧体磁环串对VFTO的幅值和陡度均有显著的抑制效果。     

三元混合气体SF_6／CCl_2F_2／N_2击穿特性研究

研究了不同电场分布中三元混合气体ＳＦ６／ＣＣｌ２Ｆ２／Ｎ２的工频电压击穿特性和冲击电压击穿特性．气压范围为１００ｋｐａ～３００ｋｐａ．结果表明，适当配比的ＳＦ６／ＣＣｌ２Ｆ２／Ｎ２混合气体具有相当于甚至优于纯ＳＦ６的击穿强度．     

SF_6/CF_4 作为变压器的冷却和绝缘介质的研究

城网规模的迅速发展迫切需要无油化的大容量ＳＦ６气体绝缘变压器。采用混合气体作冷却与绝缘介质可以综合解决ＳＦ６气体的散热和液化问题。在研究了混合比例和压力变化对混合气体性能的影响后，提出用ＳＦ６／ＣＦ４混合气体可以代替纯ＳＦ６和ＳＦ６／Ｎ２作为气体变压器的绝缘和冷却介质。当变压器内充入ＳＦ６／ＣＦ４混合气体时，采用离散化的差分模型对其温升分布特性进行理论计算，并与相同条件下充入ＳＦ６／Ｎ２和纯ＳＦ６时的计算相比较，结果表明：采用ＳＦ６／ＣＦ４混合气体不会过分影响线圈温升。研究工作为气体绝缘变压器朝高电压和大容量发展提供了参考依据。     

室温常压下氮氢气体交流放电合成氨的研究

室温常压条件下,储存在高压钢瓶中的氮氢气体,以1:3的混合比,流量分别为40ml/min和12ml/min,混合气流经石英玻璃气套,石英玻璃气套安放在一对园柱面电极中间,两园柱面电极与交流电源相连接,电源的输出电压15KV,频率为20KHz。石英玻璃气套中氢氢气体被高电场强度的交流电场所激活,具有了化学活泼性。室温常压下的气体分子间发生频繁地碰撞,可引发化学反应。氢氢气体放电合成了氨NH_3。 对氮氢气体放电合成氨的转化率影响较大的有:a.放电频率,b.当放电频率固定为20KHz时,电源的输出电压值,c.氮氢气体混合比。     

用插值法计算混合气体放电参数的适用条件及判据

阐述了气体放电的基本物理参数、群集参数和临界放电场强间的关系，并分析了用插值法计算混合气体放电参数的条件．提出了一个简单判据，可以检验插值法是否适用于某一混合气体的电子碰撞电离系数和电子附着系数的计算．实验表明，只要这一判据得到近似满足，就可以在临界放电场强的计算中取得满意的结果     

脉冲叠加直流激励辉光放电特性

辉光放电产生的低温等离子体具有广泛的应用前景,日益成为研究热点。本文提出了一种采用脉冲叠加直流的方式来激励辉光放电的实验装置。选取氩气作为反应气体,本实验在低气压下进行,利用参数可调的高频脉冲电源和直流电源进行激励。研究了不同激励方式下击穿电压和电流的变化规律。实验发现：直流辉光放电击穿电压最低,约为380 V,但是在放电过程中放电管发热比较严重;脉冲辉光放电所需击穿电压为450～600 V,但其存在反复击穿;而脉冲叠加直流激励辉光放电则降低了脉冲击穿电压,最低约为400 V,且改善了放电管发热严重的问题。     

SF_6气体中绝缘子沿面放电的发光特性

利用光电倍增管及高速摄影机 ,对SF6气体中绝缘子沿面预放电及放电通道形成过程中的发光进行了检测 ,得出快速振荡冲击 (FOI)比雷电冲击 (LI)更容易使绝缘子沿面的SF6气体产生电离与复合 ,从而造成快速振荡冲击电压下 ,极不均匀场中绝缘子沿面放电电压的降低 .试验结果还证实 ,雷电冲击下绝缘子沿面放电遵循先驱机理 ,而快速振荡冲击下放电遵循先驱与高频联合机理 .     

空心针-板电极中较大体积的大气压均匀放电

利用空心针-板电极装置,在大气压空气中产生了直流激励的均匀氩气等离子体羽.电学和光学测量结果表明,虽然采用直流电源驱动,但放电为周期性的脉冲.每个脉冲对应一个等离子体子弹从空心针向着阴极的传播过程.对放电特性随放电电压、电极间距和氩气流量的变化关系进行了研究.发现放电频率随电压的升高而增大,随距离和氩气流量的减小而增大.以直流空心针-板电极作为放电单元构成阵列,得到了较大体积的大气压均匀放电.     

基于改性碳纳米材料的SF6放电分解气敏特性研究

为了解决本征碳纳米管在SF₆气体传感检测方面存在局限性的问题,研究了基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器对SF₆分解气体中重要特征组分的气敏特性。利用空气等离子体对本征碳纳米管进行改性,引入空气等离子体预处理碳纳米管表面,研究改性碳纳米管在检测SF₆气体分解组分时的气体传感响应特性。结果表明：与本征碳纳米管相比,经空气等离子体改性的碳纳米管气体传感器对H₂S气体的电阻变化具有较高的灵敏度,响应时间短,并具有良好的重复性和稳定性;经空气等离子体改性的碳纳米管对SO₂气体电阻变化率的敏感性明显降低;不同掺杂比例的碳纳米管气体传感器对SOF₂和SO₂F₂的敏感性不同。因此,基于空气等离子体改性的本征碳纳米管气体传感器能准确反映SF₆气体的放电分解情况,可为准确检测SF₆气体的分解成分提供依据。     

氮气介质阻挡微放电中活性物种的诊断研究

利用三极差分抽气分子束质谱装置在亚大气压介质阻挡放电产生的氮等离子体中观测到,粒子流中的主要离子成分是N^＋,N2^＋,并且分别研究了放电气压、放电电压、放电重复频率对氮等离子体中N^＋与N2^＋活性物种离子流强度的影响。结果显示,N^＋的离子流强明显高于N2^＋,主要是由于产生的N^＋和时在电场作用下向阴极板运动时,N2^＋会与中性粒子及电子碰撞发生反应而进一步生成了N^＋,并且N^＋与啊流强随放电电压、放电频率的增大而增大,N^＋,N2^＋的相对浓度几乎不变,而随N2压力变化N^＋与N2^＋流强会出现一个极值。进而对该现象的产生、检测和形成机制进行了研究。