工頻電壓下SF6替代物CF3I-CO2絕緣性能及微水對(duì)CF3I影響研究.pdf

1、為實(shí)現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)遠(yuǎn)大目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化以及支撐我國(guó)現(xiàn)階段大力建設(shè)特高壓遠(yuǎn)距離輸電規(guī)劃，大量氣體絕緣電氣設(shè)備作為電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)被廣泛應(yīng)用。氣體絕緣設(shè)備以其可靠性高、維護(hù)量小、占地面積小、配置靈活等優(yōu)點(diǎn)迅速發(fā)展并廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)的高壓和超、特高壓領(lǐng)域。
　　SF6是現(xiàn)有大部分氣體絕緣電氣設(shè)備最主要的絕緣介質(zhì)。但SF6被公認(rèn)為一種對(duì)大氣環(huán)境具有較大危害的溫室氣體。溫室效應(yīng)導(dǎo)致的全球氣候變暖給人類的生存環(huán)境帶來(lái)災(zāi)難性的

2、后果。SF6排放主要來(lái)自電氣設(shè)備，因此尋找環(huán)境友好型的SF6替代品作為絕緣介質(zhì)用于電氣設(shè)備刻不容緩。此外，SF6放電分解產(chǎn)物可能對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部材料造成腐蝕并具有毒性，對(duì)電力工人安全造成隱患。
　　在全球推進(jìn)環(huán)保型絕緣設(shè)備研發(fā)制造的初期，掌握替代氣體核心配方和關(guān)鍵技術(shù)對(duì)我國(guó)電力事業(yè)發(fā)展至關(guān)重要?；诖吮疚氖紫葘?duì)極具潛質(zhì)的 CF3I/CO2混合氣體在電氣設(shè)備廣泛用于的工頻交流電壓下的絕緣特性進(jìn)行系統(tǒng)研究，為實(shí)際應(yīng)用中 CF3I/CO2

3、最優(yōu)配比的選擇以及其配套設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)；其次對(duì)常見(jiàn)絕緣缺陷-自由金屬微粒缺陷下 CF3I/CO2及 CF3I的絕緣性能以及金屬對(duì)CF3I放電等離子體的熱力學(xué)特性和輸運(yùn)特性影響進(jìn)行理論分析計(jì)算，測(cè)試了典型缺陷下 CF3I/CO2的綜合表現(xiàn)同時(shí)為設(shè)備內(nèi)部金屬材料的選擇提供依據(jù)；最后針對(duì)氣體絕緣設(shè)備的主要危害物-微水對(duì)CF3I絕緣能力的影響進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和仿真分析，證明了微水對(duì)新型絕緣氣體絕緣性能的危害，為制定相關(guān)微水含量限定標(biāo)準(zhǔn)奠

4、定理論基礎(chǔ)。開(kāi)展的主要工作和所取得創(chuàng)新成果如下：
　?、籴槍?duì)現(xiàn)有氣體絕緣性能測(cè)試裝置的諸多不足，設(shè)計(jì)出雙罐體結(jié)構(gòu)氣體絕緣性能試驗(yàn)裝置，提高了試驗(yàn)的安全性和精確性，通過(guò)調(diào)換特制的各類電極改變電場(chǎng)環(huán)境或缺陷類型，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的多功能化；
　?、谕ㄟ^(guò)測(cè)試對(duì)不同混合比、不同氣壓和不同距離針板電極下CF3I/CO2工頻局部放電正、負(fù)半周起始放電電壓，證明其在局部放電特性以及對(duì)電場(chǎng)均勻度敏感性等方面達(dá)到甚至超越SF6/CO2，其中氣壓為

5、0.3 MPa、混合比為30％的 CF3I/CO2局部放電綜合特性最優(yōu)且滿足液化溫度等要求；
　?、弁ㄟ^(guò)模擬設(shè)備內(nèi)可能出現(xiàn)的不同電場(chǎng)，系統(tǒng)地測(cè)試電場(chǎng)利用系數(shù)等因素對(duì)CF3I/CO2及純CF3I工頻擊穿特性的影響，在不同電場(chǎng)下CF3I/CO2可以達(dá)到甚至超越相同條件下SF6/CO2擊穿性能，同時(shí)展現(xiàn)出較高的穩(wěn)定性，氣壓為0.3 MPa、混合比為30%的 CF3I/CO2擊穿特性可以超過(guò)0.15MPa純SF6；
　?、軐?duì)不同電場(chǎng)

6、均勻度下CF3I/CO2和SF6/CO2兩類混合氣體擊穿特性協(xié)同效應(yīng)進(jìn)行綜合對(duì)比研究：極不均勻電場(chǎng)下 CF3I/CO2協(xié)同效應(yīng)優(yōu)于 SF6/CO2，隨著氣壓的升高，SF6/CO2和CF3I/CO2的協(xié)同效應(yīng)逐漸增強(qiáng)并趨于飽和，同時(shí)，CO2的加入，改善了CF3I和SF6對(duì)電場(chǎng)的敏感度，對(duì)CF3I的效果更明顯；
　?、輰?duì)CF3I/CO2在自由金屬微粒缺陷下的工頻擊穿特性進(jìn)行研究，其在各條件下的擊穿電壓與SF6/CO2保持一致，且0.3

7、MPa的30%混合比CF3I/CO2擊穿性能相當(dāng)于0.2~0.25MPa純SF6；
　?、迣?duì)金屬微粒數(shù)量及所含金屬元素類型對(duì) CF3I絕緣性能的影響展開(kāi)實(shí)驗(yàn)和熱力學(xué)計(jì)算研究，實(shí)驗(yàn)證明Cu、Al、Fe微粒均會(huì)導(dǎo)致CF3I擊穿電壓下降，微粒數(shù)越多，擊穿電壓越低，相對(duì)于Fe、Cu和Al微粒對(duì)CF3I絕緣能力的破壞更加嚴(yán)重，熱力學(xué)計(jì)算結(jié)果表明CF3I與金屬混合等離子體中離子化過(guò)程主要發(fā)生在10kK左右，隨著金屬含量的增加，含Cu和Fe的等