GIS裝置及其絕緣技術(shù)：第七章 混合氣體絕緣

1、第七章 混合氣體絕緣Xian Jiaotong University-2-內(nèi)容SF6與全球氣候變暖混合氣體的優(yōu)點混合氣體的絕緣性能：均勻電場混合氣體的絕緣性能：不均勻電場混合氣體的混合比和充氣氣壓氣體的混合特性Xian Jiaotong University-3-SF6與全球氣候變暖SF6是強溫室效應(yīng)氣體SF6氣體不會破壞大氣臭氧層，然而它是1997年京都議定書指定的六種溫室氣體(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6)之一。SF6氣體對溫室效應(yīng)的實際影響很小，目前只占0.07%左右。將SF6氣體列為溫室效應(yīng)氣體，主要是SF6氣體對溫室效應(yīng)有著相當(dāng)大的潛在危險。高全球變暖

2、系數(shù)：SF6氣體的全球變暖系數(shù)為23900 (以100年為期的計算值)長壽命：約為3200年全球SF6氣體的產(chǎn)量大氣中SF6含量的增長Xian Jiaotong University-4-SF6與全球氣候變暖減少排放的措施推動SF6的回收利用在檢修和退出運行時，采用回收裝置回收SF6氣體。關(guān)于SF6的回收利用，GIGRE的WG 23.10在1997年發(fā)布了SF6 Recycling Guide。國外的電力、工業(yè)部門也采取了很多措施抑制SF6的排出降低GIS的年漏氣率目前GIS的年漏氣率為不大于1%，隨著技術(shù)水平的提高和人們對環(huán)境問題的日益重視，將來可望使年漏氣率下降到0.5%以下。開發(fā)小型化、

3、高性能的GIS提高設(shè)計和制造技術(shù)，開發(fā)小型化、高性能的GIS。開發(fā)小型化、高性能GIS也有助于控制GIS的成本和占地面積。開發(fā)替代氣體或者是混合氣體絕緣研究可用于替代SF6氣體絕緣的技術(shù)Xian Jiaotong University-5-SF6與全球氣候變暖不含SF6氣體成分的代替氣體：N2、空氣、CO2、CH4、PFC(全氟化物)、HFC(七氟丙烷)目前不存在比SF6優(yōu)越的替代氣體，各種氣體均多少存在缺點(毒性、穩(wěn)定性、液化溫度、絕緣性能、消弧性能、臭氧層破壞指數(shù)、地球溫暖化系數(shù)、價格)。含SF6氣體成分的混合氣體：SF6/N2、 SF6/CO2 、 SF6/N2/CO2 研究比較充分，性

4、能相對較為優(yōu)越的是SF6/N2。 SF6/N2目前也是唯一實際使用過的混合氣體用于高寒地區(qū)的斷路器第二代氣體絕緣輸電管道(GIL)Xian Jiaotong University-6-混合氣體的優(yōu)點混合氣體在以下幾個方面有可能優(yōu)于純SF6氣體：(1)液化溫度降低SF6含量可降低液化溫度Xian Jiaotong University-7-混合氣體的優(yōu)點(2)絕緣性能兩成分混合氣體的耐電強度按相對耐電強度(RES)分為四類：1：在混合比為某些值時，混合氣體的耐電強度高于高于兩種單獨氣體的耐電強度。代表性氣體： CF2Cl2-SF6、C3F6-SF62：向上凸代表性氣體： N2-SF6、CO2-S

5、F63: 耐電強度隨氣體的混合比線性改變代表性氣體：SF6-He4：向下凹代表性氣體： C2F3Cl3-SF6Xian Jiaotong University-8-混合氣體的優(yōu)點在SF6含量很低的情況下，也能達到很高的絕緣強度20%75%0)/()/(pEcKM 優(yōu)異值反映了氣體在不均勻場中絕緣能力的優(yōu)越程度。絕緣能力SF6-N2 SF6-CO2； 優(yōu)異值 SF6-N2 SF6+N2SF6+CO2粗糙電極：SF6SF6+N2 SF6+CO2混合氣體對局部強電場的敏感性比純SF6要小。Xian Jiaotong University-16-混合氣體的絕緣性能：不均勻電場降低了起暈電壓，提高了擊穿

6、電壓(3) 極不均勻場在SF6氣體中添加某些氣體，可明顯提高其在極不均勻電場中的擊穿電壓。Xian Jiaotong University-17-混合氣體的絕緣性能：不均勻電場起暈電壓和擊穿電壓同時提高(氟利昂113)Xian Jiaotong University-18-混合氣體的混合比和充氣氣壓混合比：因為混合氣體的滅弧能力要弱于純SF6氣體，故在滅弧室中使用SF6-N2混合氣體時，SF6的含量不能太低。一般采用60%-40%或50%-50%。在滅弧室以外的氣室，采用30%(SF6含量)以上的混合比意義不大。目前一般的看法在5%-30%之間，討論比較多的是20%，在GIL中實際使用過的也是

7、20%的混合比。研究表明，混合比低于20%時，UHF法測量局部放電的靈敏度將下降。SF6-N2混合氣體的耐電強度Xian Jiaotong University-19-混合氣體的混合比和充氣氣壓對于純SF6氣體而言：GIS滅弧室的充氣氣壓在0.7MPa左右，其他隔室的充氣氣壓在0.45MPa以下。SF6含量降低導(dǎo)致?lián)舸╇妷合陆?，故必須提高充氣壓力保證絕緣性能充氣氣壓：SF6耐電強度與充氣氣壓和SF6含量之間的關(guān)系Xian Jiaotong University-20-混合氣體的混合比和充氣氣壓fdpEUnb/)10(0稍不均勻場中SF6氣體的擊穿電壓：18. 01kVVmSF6混合氣體的擊穿電

8、壓：fdkpEUnb/)10(18. 00故稍不均勻場中SF6混合氣體的擊穿電壓：例：SF6從100%變到20%，充氣氣壓必須為原來的1.4倍。0.4MPa0.56MPaXian Jiaotong University-21-氣體的混合特性RTMRTpV(1) 混合比的控制nkTTNRVNVRTp00理想氣體的狀態(tài)方程kTnnnRTVpmm).().(2121道爾頓分壓定律通過控制充氣壓力控制混合比例：充80%-20%的N2-SF6至0.7MPa時，可先充SF6至0.70.2=0.14MPa，然后充N2至0.7MPaXian Jiaotong University-22-氣體的混合特性)(22

9、2222zNyNxNDtN(2) 擴散過程擴散方程兩成分氣體的擴散系數(shù):DfDABnBMAMBMAMkTABD212163其中MA, MB=分子量 n =混合氣體的分子數(shù)密度 k =玻爾茲曼常數(shù) T =絕對溫度 AB =碰撞分子的特性直徑 fD=補償系數(shù)(MAMB 1.0-1.02) (MAMB 且 B較小 1.0-1.1)D與溫度和氣壓有關(guān)，隨著時間的變化，氣體濃度越來越均勻。Xian Jiaotong University-23-氣體的混合特性氣體混合均勻需要一定的時間實驗條件：罐高1m，先充0.1MPa N2，然后從上部充入SF6氣體Xian Jiaotong University-24-氣體的混合特性(3) 混合比隨落差的變化)h(hRTgeNN00隨著高度的上升，氣體分子數(shù)密度減小，氣壓也隨之減小。由于SF6分子的摩爾質(zhì)量較大，其分子數(shù)密度變化比N2快，因此在混合