北极星

搜索历史清空

  • 水处理
您的位置:电力电力新闻输配电保护与控制技术正文

深度!新型环保替代气体在不同电场下的工频击穿特性试验研究

2017-04-05 11:39来源:中国电机工程学报关键词:变压器试验变压器额定电压收藏点赞

投稿

我要投稿

虽然1997年的《京都议定书》将SF6气体定为限制使用的高温室效应气体,但SF6气体的使用量仍然逐年增加。SF6气体温室效应潜在值(globalwarmingpotential,GWP)是CO2气体的23900倍,虽然每年排放的SF6气体相比于CO2非常微小,但是SF6在大气中的寿命长达3200年,且在大气中的含量约以每年8.7%的速度高速增长,对全球变暖有累积效应[1-2]。从长远来看,SF6气体的高温室效应指数、高大气寿命、大气含量高增速会对环境产生很大危害。

SF6气体绝缘设备的正常泄露、调试、检修,SF6气体的回收都会使得SF6气体进入大气环境中。目前,减少SF6气体排放的措施包括:采用更先进的SF6气体泄漏检测设备定期检测SF6绝缘设备中SF6气体的泄漏量并及时采用先进材料进行泄漏部位的封堵[3];SF6气体回收再利用技术的研究与应用。这些措施一定程度上减少了SF6的排放量。同时,科研人员做了大量研究,希望找到能够替代SF6气体用于气体绝缘设备的新介质。替代气体的研究首先针对SF6/N2,SF6/CO2混合气体展开,研究发现SF6含量在20%~40%的SF6/N2混合气体具有较好的应用前景。例如,在瑞士日内瓦机场线路改造时,用于代替原有架空线的GIL,充入的就是20%SF6/80%N2混合气体[4]。从长远来看,无论是采用保守的方法(比如泄漏的检测与封堵),还是用SF6混合气体替代纯SF6气体,都无法从根本上消除SF6气体的温室效应影响及其分解产物中剧毒物质对人身的威胁。SF6的温室效应问题已经成为一个不容忽视的全球问题,鉴于日益严峻的全球气候变暖问题,迫切需要寻找温室效应较小而耐电强度与SF6气体相当的气体替代SF6。

CF3I气体是一种新型合成气体,无色、无味、不可燃[5-6],其GWP小于5,远远低于SF6气体,臭氧消耗潜在值(ozonedepletingpotential,ODP)约为0,且大气寿命仅为0.005年,对环境影响甚微。CF3I气体是经NFPA标准认证的哈龙1301优选替代灭火剂,在半导体蚀刻、发泡剂等领域也具有广泛的应用前景。近年来,科研人员对CF3I气体的绝缘性能和灭弧性能展开了一系列研究,研究表明,CF3I及其混合气体是一种性能优良的绝缘气体:CF3I气体在均匀电场下的绝缘性能总体高于SF6气体,而在不均匀电场下略低于SF6气体[7-8];CF3I气体放电分解产物有C2F6、CHF3、C3F8、C3F6和C2F5I等,几乎没有毒性[9];纯CF3I气体的灭弧性能是SF6气体的0.9倍,混合比k(本文指CF3I气体或SF6气体在混合气体中的比例)为20%的CF3I/CO2混合气体开断性能已经与纯CF3I接近[10-11];缓冲气体(如N2、CO2等)可以降低CF3I液化温度,改善CF3I混合气体的绝缘性能和灭弧性能。此外,虽然现有研究证实了CF3I优质的绝缘能力,但由于其还处在研究阶段,CF3I尚未在气体绝缘设备中实际应用,导致其市场价格偏高,国内价格约为纯SF6价格的20倍以上,随着研究的持续进行以及使用的推广,其批量生产必然导致价格下降,现阶段可通过混合缓冲气体降低其使用成本,因此,迫切需要对CF3I混合气体绝缘特性展开系统性全方位研究。

目前该领域对CF3I及其混合气体的研究总体还不够全面,虽然对CF3I及其混合气体的击穿性能已经有所研究,但研究主要集中在纯CF3I及常压下混合气体方面,对考虑多因素的CF3I及其混合气体的工频击穿特性还缺乏系统的研究,本文在不同的电场下,综合考虑气压(0.1~0.3MPa)和混合比(10%~50%)对CF3I及其混合气体工频击穿特性的影响,为替代SF6气体提供支持。

1 CFI/N混合气体工频击穿试验

本文所用的试验回路如图1所示,调压器为感应调压器(0~380V),用来控制试验变压器的电压;通过无晕试验变压器为放电实验容器提供所需的工频电压,其额定容量为60kVA,高低压绕组变比为60kV/400V,额定电流为1.0A/150A,最大局放量小于5pC;本平台使用阻值为20kΩ的保护电阻对电路进行过流保护,以免试验变压器在击穿试验中遭到破坏,其额定电压为100kV;实验中击穿电压值通过额定电压100kV、额定电容2000pF、分压比1/1000的电容分压器将电极间电压传递为电压表可读量程从而获取实验数据。本文使用该试验系统采集不同条件下容器内部击穿电压数据[12-13]。

图1 试验接线图

图1试验接线图

实验前需对实验罐体内部进行彻底清洁,连接好实验电路后,彻底密封实验罐体并对其进行抽真空和洗气处理,洗气过程中使用试验用气体对罐体内部进行多次充放气,去除其残余空气或其他气体影响,实验开始前向罐中充入一定比例和气压事先通过多功能动态配气仪(型号GC400)精确配制的混合气体。实验开始后使用逐步升压法,从0kV开始对试品加压,匀速缓慢增加试验电压,当发生击穿现象,调压器发生跳闸,记录击穿时电压表的示数为该试品在该条件下的击穿电压,重复测量5次取平均值作为最终结果记录,防止偶然误差。每次加压实验间隔20min,给击穿造成的局部绝缘气体分解提供充裕的时间自恢复和内部气体循环,防止由于击穿造成的电极间局部区域气体绝缘强度下降对气体特性的测试造成影响。

电介质在不同电场均匀度下的绝缘特性是不同的,研究不同电场均匀度的对绝缘介质的影响有助于全面了解其绝缘性能。为了量化稍不均匀电场和极不均匀电场的条件,引入电场利用系数η。

η=EavEmaxη=EavEmax(1)

Eav=UdEav=Ud(2)

式中:Emax为最大场强;Eav为平均场强;U为电极间电压;d为电极间距。

若η=1.则电场为均匀电场;若1/2<η≤1,则电场为准均匀电场;若1/4

 针-板电极

图2针-板电极

头棒-板电极

图3球头棒-板电极

球电极

图4球-球电极

电场利用系数

表1电场利用系数

原标题:武汉大学肖淞,张晓星等:SF6新型环保替代气体CF3I研究
投稿与新闻线索:陈女士 微信/手机:13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#改成@)

特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。

凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。

变压器查看更多>试验变压器查看更多>额定电压查看更多>