2种局部放电类型下SF6分解组分检测及特性分析

为研究不同绝缘缺陷引起的局部放电下SF6气体的分解特性,探索识别不同绝缘缺陷的分解气体特征量,笔者在研制的SF6气体分解试验平台上,模拟了金属突出物和绝缘子金属污染物2种典型绝缘缺陷引起的局部放电下SF6气体的分解,检测了2种缺陷下CF4、SO2F2、SOF23种分解气体的含量随时间的变化规律,并研究了2种缺陷下SOF2/SO2F2、SO2F2/CF4、SOF2/CF43组组分含量比值的特性.结果表明,2种局部放电下SF6分解生成的主要稳定衍生物中均能检测到SOF2、SO2F2和CF4,但2种缺陷下这些组分的变化规律具有显著的差异,同时研究表明,2种绝缘缺陷下SOF2/SO2F2、SO2F2/CF4、SOF2/CF43组组分含量比值具有明显的不同,因此,可以将SF6分解气体的含量比值作为识别2种绝缘缺陷类型的特征量.     

吸附剂对SF_6典型分解产物含量及变化规律的影响

选用了电力设备中常用的吸附剂KDHF-03分子筛,模拟研究了吸附剂对电力设备中SF6气体在局部放电下分解特性的影响,特别关注了SO2、SO2F2、S2OF10等几种典型分解产物添加吸附剂前后的产生规律。结果表明,添加吸附剂后,3种产物的含量均明显降低,SO2F2与S2OF10两种产物的吸附率(体积分数)分别达到79.92%和78.73%,SO2含量则始终低于气体分析系统的检测限度。此外,引入吸附剂之后,SO2F2与S2OF10的产生速率随着加压时间逐渐降低,其含量随时间延长逐渐饱和。最后,提出将φ(S2OF10)/φ(SO2F2)作为SF6类设备绝缘缺陷诊断判据,该比值在有、无吸附剂两种情况下表现出了很好的稳定性,添加吸附剂前后其值均稳定在1.5~2.0之间。     

低微水的体积分数对SF_6局部放电及分解特性的影响

为了研究交流电压、低体积分数(1 350×10-6)条件下水分对SF6气体局部放电及分解特性的影响,搭建了SF6绝缘电力设备实验及检测平台,详细描述了金属突出物缺陷下局部放电量及SOF2、SO2F2、SO2、CO2等4种气体分解产物随微水的体积分数的变化规律。结果表明,平均局部放电量和总体放电量都随微水的体积分数呈现先下降后上升的趋势;微水的体积分数的增加对几种产物均有促进作用,且对3种含硫产物的促进作用强于对CO2的促进作用。气体产物体积分数比值φ(SOF2+SO2)/φ(SO2F2)随微水的体积分数的变化表现出较好的稳定性,最终稳定在3~4之间;φ(SOF2+SO2+SO2F2)/φ(CO2)则随着φ(H2O)的增加呈现总体增长的趋势,其低微水的体积分数下的值在2.5~3之间。因此,SF6气体分解检测法应用过程中需要充分考虑微水的体积分数的影响。     

C_2F_6、C_4F_8的双频电容耦合等离子体特性研究

采用发射光谱技术,研究了C2F6、C4F8气体的双频电容耦合放电等离子体中F、CF2基团密度以及F/CF2强度比随高频功率、低频功率、放电气压的变化关系.实验结果表明,在双频电容耦合放电等离子体中,高频功率、低频功率、放电气压的改变,使C2F6或C4F8等离子体中出现不同分解过程,这种对气体分解反应的选择性为实现双频等离子体刻蚀薄膜的精确控制提供了可能.     

基于过渡态理论及密度泛函理论的SF6主要分解产物生成路径的反应速率常数计算

基于分解组分分析的SF_6绝缘设备故障诊断方法不受电磁干扰,得到了广泛应用。前人建立了许多SF_6分解模型以探究SF_6分解的内部机理,但现有模型采用的反应速率常数为300 K温度下测量所得,并不适用于SF_6的过热及电弧分解。对SF_6分解过程中主要稳定分解产物SOF_2、SO_2F_2、SO_2的生成机理进行研究,采用密度泛函理论(density functional theory,DFT)结合B3LYP/6-311G~*方法分析了主气室内SOF_2、SO_2F_2、SO_2的主要生成路径:SF_4水解生成SOF_2、SOF_4水解生成SO_2F_2、SOF_2水解生成SO_2,得到了所涉及反应的反应物、生成物及过渡态结构;并采用高精度耦合簇[coupled-cluster with single and double and perturbative triple excitations,CCSD(T)]方法结合aug-cc-pVTZ基组得到了各反应的势垒;再根据过渡态理论(transition state theory, TST)从理论上计算了上述反应的反应速率常数。该反应速率常数考虑了温度变化的影响,适用范围更广,为研究SF_6过热及电弧分解的内部机理提供了理论支撑。     

SO_2预放电参数的研究

本文采用脉冲漂移管-质谱仪方法研究了SF_6混合气体放电生成的SO_2气体的预放电参数,包括吸附系数、吸附速率、负离子迁移率、负离子种类和质量,并且测量了SO_2-O_2中不同负离子电流的变化关系.     

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。     

SF_6气体放电分解产物的研究

随着电力工业的迅速发展,SF6电气设备数量不断增多,它已逐渐取代传统的绝缘油材料作为高压电气设备中的绝缘及灭弧介质。本文介绍了检测SF6电气设备中SF6气体分解物的重要意义,分析了SF6气体的基本性质及其在放电条件下分解物的基本情况,为了对实际工作中的高压电气设备进行模拟,设计并制作了一套高压放电下SF6气体分解模拟装置,完成了SF6气体放电模拟实验,最后利用气相色谱-质谱联用技术对模拟装置分解产物样品进行了检测分析,得到了分解物的成分及含量。     

基于密度泛函的SF_6特征分解产物拉曼光谱研究

【目的】为促进SF6分解产物拉曼光谱检测技术的发展。【方法】基于密度泛函理论的B3LYP泛函,采用6-31G(2df,p)基组对SF_6,H_2S和CF_4的分子构型,采用6-311+G(3df,2p)基组对SO_2和CO的分子构型,分别几何优化,优化后计算室温298.15K下拉曼频率和强度。将结果与NIST标准频率比较,利用线性回归研究计算值与实际值的相关性。【结果】优化后的构型都没有虚频存在,且键参数计算值与文献报道偏差很小;拉曼峰计算值与标准值线性相关性很好,两种基组的相关系数R~2分别为0.999 7和0.999 8;结合实测拉曼光谱优选定性识别SF_6,SO_2,H_2S,CO和CF4的特征峰分别为794.10,1 365.62,1 257.54,2 160.52和415.07cm~(-1),与各自的NIST标准值基本一致。【结论】采用密度泛函理论的B3LYP泛函计算SF6分解产物的拉曼光谱是可信的,为基于拉曼光谱的SF6分解产物定量检测提供有力的参考。     

光声光谱技术应用于SF6局部放电分解组分检测

针对SF6局部放电下分解组分传统检测方法存在的消耗被测气体多、检测时间长、不适用于在线监测等不足,利用光声光谱技术具有检测气体灵敏度高、不消耗被测气体等特点,研究了用于SF6局部放电分解组分检测技术,给出了局部放电下SF6分解特征组分SO2、CO2、CF4的特征频谱,利用研制的光声光谱实验平台获得了气体的光声信号与气体体积分数关系,得到了SO2、CO2、CF4的最低检测限分别为3.8×10-6、3.1×10-6、4.7×10-6,建立了用于降低SO2、CO2、CF4混合气体的光声信号交叉响应的RBF神经网络算法,使3种气体平均检测误差分别降为5.6％、1.6％、3.3％,提高了检测准确度,并用气相色谱法和检测管法的对比测量验证了其可信性,为解决交叉响应的影响问题提供了一种技术手段.