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《上海交通大学》 2007年
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SF_6替代气体c-C_4F_8及其混合气体的绝缘性能研究

张刘春  
【摘要】: 六氟化硫(SF6)气体以其优良的绝缘和灭弧性能而广泛应用于高压电力设备中。但SF6气体属于高温室效应气体,其温室效应指数为CO2的23900倍。于1997年签订的《京都议定书》中已将SF6列为禁止使用的高温室效应气体,因此寻找绝缘性能与SF6相当或更高而温室效应指数低的新气体来替代SF6变得越来越迫切。 在选择SF6的替代气体时,需要考虑耐电强度(E/N)lim,温室效应指数(GWP)和液化温度Tb三个主要指标。1997年美国国家标准和技术协会会议上已把八氟环丁烷(c-C_4F_8)混合气体列为最有潜力的SF6绝缘替代气体。尽管一些国内外学者们已经对c-C_4F_8混合气体的绝缘特性进行了一些研究,但是对于c-C_4F_8混合气体的GWP和Tb只进行了定性分析或者甚至忽视了这两个指标。本文在选择SF6替代气体时,首次定量分析c-C_4F_8/CO2 , c-C_4F_8/CF4 , c-C_4F_8/N2以及c-C_4F_8/N2O四种二元混合气体和10%c-C_4F_8/CO2/N2,10% c-C_4F_8/N2O/N2以及10% c-C_4F_8/CO2/N2O三种三元混合气体的(E/N)lim、GWP和Tb三个指标,研究c-C_4F_8及其二元和三元混合气体取代SF6时的绝缘性能。另外对于c-C_4F_8/N2O和10%c-C_4F_8三种三元混合气体放电参数的测量和计算,在国内外的文献中尚未见报导。本文在测量和计算c-C_4F_8二元和三元混合气体放电参数时,所采用的方法是稳态汤生(SST:Steady State Townsend)实验法和玻尔兹曼(Boltzmann)方程分析法。 本文改进了SST实验的数学模型,直接拟合求出电离系数密度比α/N(α:电离系数;N:分子数密度)以及吸附系数密度比η/N(η吸附系数),改进的方法可以提高计算精度,减少计算量。通过测量均匀电场中SF6的电子崩的增长,确定初始电流的稳定性;通过测量中性气体N2、弱电负性气体CO2以及强电负性气体SF6的放电参数,来验证本文所设计的实验装置和改进的数学模型的可行性;分析比较了获得绝缘气体耐电强度(E/N)lim的两种方法,确立了本文求取c-C_4F_8混合气体(E/N)lim的方法。基于改进的SST数学模型,本文用SST实验方法在180E/N 500Td (1Td=10-21Vm2),1P20Torr条件下,电极间距为2d10mm的范围内测量了c-C_4F_8/CO2,c-C_4F_8/CF4,c-C_4F_8/N2以及c-C_4F_8/N2O四种二元混合气体的α/N以及η/N,并求得到它们在不同百分比下的(E/N)lim。SST实验表明,c-C_4F_8与CO2混合呈协同效应,c-C_4F_8与CF4混合呈微协同效应,c-C_4F_8与N2混合以及c-C_4F_8与N2O混合呈正协同效应。因此,向c-C_4F_8中添加CO2,CF4,N2和N2O作为缓冲气体,不但可以降低c-C_4F_8的使用量,而且还能保证混合气体有较高耐电强度。通过比较在c-C_4F_8的含量大于50%的情况下c-C_4F_8混合气体与SF6的(E/N)lim,研究了这四种c-C_4F_8二元混合气体取代SF6的可行性。 Boltzmann方程分析法不仅可以计算气体的α/N和η/N,还可以计算气体的输运参数(漂移速度Ve和扩散系数D)。因此本文用Boltzmann方程分析法在较宽的E/N范围(180E/N650)以及宽的c-C_4F_8百分比(10%,25%,50%,75%,80%,90%)范围内来求解c-C_4F_8/CO2,c-C_4F_8/CF4,c-C_4F_8/N2以及c-C_4F_8/N2O的放电参数,并求出它们的耐电强度。通过分析Ve与E/N以及D与E/N的关系曲线,从分子运动的角度解释缓冲气体CO2,CF4,N2和N2O对c-C_4F_8耐电特性的影响,扩展了SST实验方法的研究成果。通过分析GWP与c-C_4F_8在混合气体中的含量K的函数关系曲线发现,c-C_4F_8/CO2,c-C_4F_8/CF4,c-C_4F_8/N2与c-C_4F_8/N2O在耐电强度与SF6的耐电强度相当的时候,它们的温室效应指数远小于SF6的温室效应指数。因此,当这四种二元混合气体用作绝缘气体时,与SF6相比,将大大减少对大气环境的破坏。 c-C_4F_8的液化温度比较高,考虑到绝缘气体在较低的温度环境的应用,本文也用Boltzmann方程分析法研究了低含量c-C_4F_8三元混合气体10%c-C_4F_8/CO2/N2,10% c-C_4F_8/N2O/N2和10% c-C_4F_8/CO2/N2O的绝缘特性。 本文计算求出了c-C_4F_8一元气体的GWP、与SF6耐电强度相当时所需的充气气压以及在该气压下的Tb;计算求出了c-C_4F_8/CO2,c-C_4F_8/CF4,c-C_4F_8/N2以及c-C_4F_8/N2O四种二元混合气体与SF6耐电强度相当时的最佳混合比,以及在该混合比下的GWP和Tb;计算求出了10%c-C_4F_8/CO2/N2,10% c-C_4F_8/N2O/N2以及10% c-C_4F_8/CO2/N2O三种三元混合气体耐电强度与SF6相当时所需的气压比以及在该气压比范围内的GWP和Tb。研究结果表明c-C_4F_8一元气体因为适用的温度环境太窄,取代SF6不可行。在本文所研究的四种c-C_4F_8二元混合气体中,当温度环境为0℃以上时,c-C_4F_8/N2和c-C_4F_8/N2O取代SF6比c-C_4F_8/CO2和c-C_4F_8/CF4更有优势。在本文所研究的三种c-C_4F_8三元混合气体中,当温度环境为-20℃以上时,10%c-C_4F_8/N2O/N2取代SF6比10%c-C_4F_8/CO2/N2和10% c-C_4F_8/CO2/N2O更有优势。本文中给出的所研究的c-C_4F_8二元混合气体以及10%c-C_4F_8三元混合气体在不同混合比下的(E/N)lim、GWP和Tb可以为实际的工程应用提供参考。
【学位授予单位】:上海交通大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TM213

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【参考文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 刘子瑞,邱毓昌,李彦明;一种计算汤逊气体放电参数的 Boltzmann 方程分析法[J];电工技术学报;1998年05期
2 萧凤良,邱毓昌;电极表面粗糙度对SF_6、SF_6/N_2及SF_6/CO_2绝缘特性的影响[J];高压电器;1991年06期
3 邱毓昌,冯允平;SF_6/N_2混合气体绝缘强度的计算[J];中国电机工程学报;1993年S1期
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 洪俊;芮筱亭;刘军;陈涛;;散粒体发射药床碰撞挤压过程三维数值模拟研究[J];兵工学报;2007年03期
2 李坚;薛红弟;梁文俊;李洁;金毓奎;李依丽;;等离子体法去除HCHO的实验研究[J];北京工业大学学报;2006年06期
3 郑传林,徐重,谢锡善,贺志勇,董建新;钛等离子渗氧研究[J];北京科技大学学报;2002年01期
4 欧阳吉庭;曹菁;何锋;;共面型介质阻挡放电的击穿特性[J];北京理工大学学报;2005年S1期
5 李彦旭;崔占忠;徐立新;林蔚;;晴天下直升机荷电的研究[J];北京理工大学学报;2005年S1期
6 苏革,黄荣芳,闻立时,成会明;采用热丝CVD法在多种基材上沉积金刚石薄膜[J];表面技术;1998年01期
7 缴桂跃,姬成周,王文勋;铯溅射型负离子源中Cs~+离子产额的实验研究[J];北京师范大学学报(自然科学版);1994年02期
8 礼庆贵;一台20MVA变压器油总烃过高原因分析[J];变压器;1999年08期
9 吴浩,高胜友,朱德恒,李福祺;便携式变压器油中溶解气体色谱分析装置的研制[J];变压器;2003年07期
10 赵永志;孙业荣;乔虹钧;吴克彦;;干式变压器的优化设计[J];变压器;2006年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 章法强;杨建伦;李正宏;陈法新;;数值模拟高能中子照相[A];2006全国核材料学术交流会论文集[C];2006年
2 党小庆;任燕;马广大;闫东杰;翟瑛;李东阳;;电除尘器电场数值计算与性能预测的实验研究[A];第十二届中国电除尘学术会议论文集[C];2007年
3 叶灵;;绝缘在线监测系统在二滩电厂的应用[A];全国大中型水电厂技术协作网第二届年会论文集[C];2005年
4 张建华;侯凤龙;李永亮;贺碧蛟;蔡国飙;;真空羽流气相沉积污染研究[A];中国宇航学会2005年固体火箭推进第22届年会论文集(发动机分册)[C];2005年
5 欧阳吉庭;曹菁;何锋;;共面型介质阻挡放电的击穿特性[A];中国物理学会静电专业委员会第十二届学术年会论文集[C];2005年
6 董丽芳;刘富成;李树锋;刘峰;刘书华;;气体成分对等离子体斑图的影响[A];中国物理学会静电专业委员会第十二届学术年会论文集[C];2005年
7 李彦旭;崔占忠;徐立新;林蔚;;晴天下直升机荷电的研究[A];中国物理学会静电专业委员会第十二届学术年会论文集[C];2005年
8 曹华实;;关于SF_6电器水分处理及测量几个问题的讨论[A];’02全国电工测试技术学术交流会论文集[C];2002年
9 王仲奕;马志瀛;顾沈卉;江迅;;550kV SF6绝缘电流互感器的电场计算分折[A];电工理论与新技术学术年会论文集[C];2005年
10 张小勇;王建生;孙晓滨;;GIS局部放电检测用宽频带超高频天线的研究与应用[A];2006全国电工测试技术学术交流会论文集[C];2006年
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1 姜雨泽;脉冲放电烟气脱硫、除尘及产物收集相结合的研究[D];大连理工大学;2000年
2 李国锋;脉冲电晕非热等离子体烟气脱硫反应器的研究[D];大连理工大学;2000年
3 郝胜智;纯Al材强流脉冲电子束表面改性的研究[D];大连理工大学;2000年
4 黄兴泉;X射线激励下油/纸绝缘系统中局部放电现象的实验研究[D];华北电力大学;2001年
5 李剑;局部放电灰度图象识别特征提取与分形压缩方法的研究[D];重庆大学;2001年
6 陈皓;超高压输电线路暂态电流保护的研究[D];重庆大学;2001年
7 刘钟阳;放电等离子体合成臭氧及应用中一些问题的研究[D];大连理工大学;2002年
8 唐敬友;冲击压缩下甲烷、氩气的高温辐射特性与反应流体动力学研究[D];中国工程物理研究院北京研究生部;2002年
9 吴爱民;模具钢电子束表面改性及应用基础研究[D];大连理工大学;2002年
10 贾云峰;径向渡越时间振荡器的研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 杨宁;薄膜生长的理论模型和蒙特卡罗模拟[D];北京工业大学;2000年
2 王勐;匀场环绝缘支撑技术研究[D];中国工程物理研究院;2001年
3 姜玉国;高压强流快速等离子体开关的研制[D];大连理工大学;2001年
4 李信;高压输电线路氧化锌避雷器技术原理和应用方案的研究[D];华北电力大学;2001年
5 李峰;永昌电厂金属氧化物避雷器绝缘在线监测系统的应用研究[D];重庆大学;2001年
6 张奋来;永昌电厂110kV升压站主变套管介损在线监测方法及应用研究[D];重庆大学;2001年
7 李晓虎;甘肃高电压试验基地主要试验设备配置及试验方法研究[D];重庆大学;2001年
8 陈辉;目标与涂层近场光散射特性研究[D];西安电子科技大学;2002年
9 郑巧云;应用Monte Carlo方法计算STO双中心重叠积分[D];福建师范大学;2002年
10 王青霞;合成绝缘子陡波试验有效性的试验研究[D];华北电力(北京)大学;2002年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前4条
1 蒋英圣,姜燕君,林浩,吴义华;同轴场中SF_6及SF_6/N_2混合气体交流击穿特性及导电微粒的影响[J];高电压技术;1988年01期
2 萧凤良,邱毓昌;电极表面粗糙度对SF_6、SF_6/N_2及SF_6/CO_2绝缘特性的影响[J];高压电器;1991年06期
3 赖建军,余建华,黄建军,王新兵,丘军林;空心阴极直流放电的二维自洽模型描述和阴极溅射分析[J];物理学报;2001年08期
4 周俐娜,王新兵;微空心阴极放电的流体模型模拟[J];物理学报;2004年10期
中国硕士学位论文全文数据库 前2条
1 仲伟涛;短间隙空气绝缘电子崩过程数值模拟及实验[D];哈尔滨理工大学;2005年
2 洪川;冲击电压下棒—板长空气间隙放电中空间电场的计算研究[D];重庆大学;2007年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前6条
1 李汝彪;大面积机加工粗糙电极中SF_6击穿强度偏离Pedersen曲线的原因[J];高电压技术;1986年04期
2 张鸣超,任孝梁,邱毓昌;SF_6/N_2混合气体的电离系数α和附着系数η[J];高电压技术;1987年01期
3 邱毓昌,刘亚芳;测定SF_6及其混合气体优异值的新方法[J];高电压技术;1987年04期
4 陈慎言,邱毓昌;局部电场畸变对SF_6/N_2和SF_6/CO_2混合气体耐电强度的影响[J];高压电器;1988年03期
5 萧凤良,邱毓昌;电极表面粗糙度对SF_6、SF_6/N_2及SF_6/CO_2绝缘特性的影响[J];高压电器;1991年06期
6 邱毓昌;冯允平;张鸣超;郭伟;;SF_6/R12混合气体绝缘的研究与应用[J];西安交通大学学报;1990年05期
【相似文献】
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1 张刘春;SF_6替代气体c-C_4F_8及其混合气体的绝缘性能研究[D];上海交通大学;2007年
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