PDF《环保型 C4F7N/CO2 混合气体试验平台搭建及绝缘特性分析》

文[8-10]研究了 c-C4F8/N2 与c-C4F8/CO2混合气 第54卷第7期: 0179-0183 2018年7月16日High Voltage Apparatus Vol.54, No.7: 0179-0183 Jul. 16,

2018 DOI:10.13296/j.1001-1609.hva.2018.07.023 收稿日期: 2018?01?05;

修回日期: 2018?03?14 2018年7月第54卷第7期 体的绝缘性能;

文[11-12]通过计算物性参数, 对比分 析了 SF6/CF4 和SF6/C2F6 混合气体的开断能力;

文[13] 指出在 CO2 中加入 O2 和H2 均可提高其在一定温度 范围内的热导率;

文[14-16]研究了 CF3I 与N

2、 CO2 的 混合气体的灭弧特性;

文[17-19]对比了 Ar、 N

2、 CO2 等不同介质中的燃弧特性, 并研究SF6/CF4气体的开断 特性.可以看出, 国内外研究者对 SF6 替代气体开展 了大量的研究工作, 也获得了许多有价值的成果. 然而, 从上述所述的气体中不难发现, 温室效应低 的气体往往绝缘和灭弧性能较差, 如CO

2、 N2;

绝缘 和灭弧性能较好的气体往往温室效应指数又偏高, 如c-C4F

8、 CF4.因此, 受到各种因素的影响, 这些气 体及其混合气体均未得到较好的应用和推广. 近两年, 由美国 3M 公司研发的 3MTM NovecTM 4710(C4F7N)气体相应的混合物成为了代替 SF6 应用 于电力设备潜在的热点介质[20-22] , 由于该气体的液 化温度相对较高(一个大气压下, -4.7 ℃), 需与缓冲 气体混合后才能应用, 因此, 如何更好地进行气体 的混合, 并获得混合后气体的电气性能成为了当前 亟待解决的问题.文中基于 C4F7N 的物理特性, 结合72.5 kV GIS 产品中典型隔离断口结构下的试验 样机, 搭建了环保型 C4F7N/CO2 混合气体绝缘试验研 究平台, 研究了雷电冲击电压下, 不同充气压力、 不 同断口开距对气体绝缘性能的影响, 并对比分析了 20%C4F7N +80%CO2 混合气体与相同条件纯 SF

6、 纯CO2 气体的绝缘特性差异, 为C4F7N/CO2 混合气体的 工程应用提供了基础.

1 实验平台的搭建 1.1 气体的物理特性 纯SF

6、 CO2 及C4F7N 气体的物理量参数见表 1. 从表 1可以看出, CO2 气体具有较 SF6 低的液化温度, 且GWP 系数为 1, C4F7N 气体的相对绝缘强度为 SF6 的2.2 倍(采用间隙为2.5 mm 的圆盘电极,根据ASTM D877 的要求测得[21] ), 且GWP 系数仅为

2 210. 因此, 可以推断, 通过将C4F7N与CO2进行混合, 能够得 到综合性能与 SF6 相当的混合气体.此外, 混合气体 若作为电气设备绝缘或灭弧介质, 还需考虑工程结构、 液化温度、 充气压力等因素的限制, 这为 C4F7N/CO2 混合气体性能的研究和应用提出了更高的要求. 1.2 混合气体试验研究平台 文中基于C4F7N、 CO2 气体的物理特性,结合72.5 kV GIS 产品中典型隔离断口结构样机, 搭建了 环保型 C4F7N/CO2 混合气体试验研究平台, 见图 1. 其中, 试验样机带有直动密封装置, 能够调节电极 开距, 端部设有充放气自封阀和气压表, 能够满足 充放气和查看腔体压力的需求;

源气体 C4F7N 由美 国3M 公司提供,考虑到源气体的液化温度仅为-4.7 ℃, 在钢瓶的外部配置了加热带;

缓冲气体则 选用了纯度大于 99.999%的工业用高纯 CO2;

试验在 西安高压电器研究院有限责任公司进行;

试验前, 利用混气装置进行不同比例 C4F7N、 CO2 气体的混配 和充气;

试验后, 通过回收装置进行废气的回收. 图1 环保型C4F7N/CO2混合气体试验研究平台 Fig.

1 Test investigating platform for co?friendly mixed gas C4F7N/CO2 为了获得混合精度高、 混合均匀的 C4F7N/CO2 试 验气体, 在开展电气绝缘试验前, 首先对混气装置 进行了多次混气试验, 并与中国计量院国家标准物 质检测中心的数据进行了对比, 试验结果和偏差见 表2.从表