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

1、為實現(xiàn)全球能源互聯(lián)網(wǎng)遠大目標、實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的最優(yōu)化以及支撐我國現(xiàn)階段大力建設(shè)特高壓遠距離輸電規(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、維護量小、占地面積小、配置靈活等優(yōu)點迅速發(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被公認為一種對大氣環(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)境帶來災(zāi)難性的

2、后果。SF6排放主要來自電氣設(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)物可能對電氣設(shè)備內(nèi)部材料造成腐蝕并具有毒性，對電力工人安全造成隱患。
　　在全球推進環(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)對我國電力事業(yè)發(fā)展至關(guān)重要?；诖吮疚氖紫葘O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行系統(tǒng)研究，為實際應(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)計提供理論依據(jù)；其次對常見絕緣缺陷-自由金屬微粒缺陷下 CF3I/CO2及 CF3I的絕緣性能以及金屬對CF3I放電等離子體的熱力學特性和輸運特性影響進行理論分析計算，測試了典型缺陷下 CF3I/CO2的綜合表現(xiàn)同時為設(shè)備內(nèi)部金屬材料的選擇提供依據(jù)；最后針對氣體絕緣設(shè)備的主要危害物-微水對CF3I絕緣能力的影響進行實驗和仿真分析，證明了微水對新型絕緣氣體絕緣性能的危害，為制定相關(guān)微水含量限定標準奠

4、定理論基礎(chǔ)。開展的主要工作和所取得創(chuàng)新成果如下：
　　①針對現(xiàn)有氣體絕緣性能測試裝置的諸多不足，設(shè)計出雙罐體結(jié)構(gòu)氣體絕緣性能試驗裝置，提高了試驗的安全性和精確性，通過調(diào)換特制的各類電極改變電場環(huán)境或缺陷類型，實現(xiàn)實驗平臺的多功能化；
　?、谕ㄟ^測試對不同混合比、不同氣壓和不同距離針板電極下CF3I/CO2工頻局部放電正、負半周起始放電電壓，證明其在局部放電特性以及對電場均勻度敏感性等方面達到甚至超越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；
　　③通過模擬設(shè)備內(nèi)可能出現(xiàn)的不同電場，系統(tǒng)地測試電場利用系數(shù)等因素對CF3I/CO2及純CF3I工頻擊穿特性的影響，在不同電場下CF3I/CO2可以達到甚至超越相同條件下SF6/CO2擊穿性能，同時展現(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0.15MPa純SF6；
　?、軐Σ煌妶?/p>

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)進行綜合對比研究：極不均勻電場下 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)逐漸增強并趨于飽和，同時，CO2的加入，改善了CF3I和SF6對電場的敏感度，對CF3I的效果更明顯；
　?、輰F3I/CO2在自由金屬微粒缺陷下的工頻擊穿特性進行研究，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擊穿性能相當于0.2~0.25MPa純SF6；
　?、迣饘傥⒘?shù)量及所含金屬元素類型對 CF3I絕緣性能的影響展開實驗和熱力學計算研究，實驗證明Cu、Al、Fe微粒均會導(dǎo)致CF3I擊穿電壓下降，微粒數(shù)越多，擊穿電壓越低，相對于Fe、Cu和Al微粒對CF3I絕緣能力的破壞更加嚴重，熱力學計算結(jié)果表明CF3I與金屬混合等離子體中離子化過程主要發(fā)生在10kK左右，隨著金屬含量的增加，含Cu和Fe的等