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SF6气体以其优良的绝缘性能和灭弧性能而被广泛应用于超高压、特高压电力设备中。但是,SF6气体的温室效应十分强烈,其全球温暖化潜能值(GWP)约为CO2气体的23900倍,因此,在1997年签订的《京都议定书》中,将SF6气体列为受限制使用的六种气体之一。减少甚至杜绝SF6气体的使用已成为研究人员的共识。
采用c-C4F8气体及c-C4F8/N2混合气体替代SF6气体用于电力设备,受到了一些研究人员的关注。本文以c-C4F8/N2混合气体为研究对象,针对其局部放电性能、灭弧性能、传热性能展开了实验研究,并综合环保、成本、性能等多方面因素,探讨了使用c-C4F8/N2混合气体替代SF6气体的可行性。首次对c-C4Fa/N2混合气体的局部放电协同效应、0.1~0.2MPa绝对气压下的灭弧性能以及在管道结构中的传热性能进行了实验和分析,这些研究内容在国内外的义献中尚未见报道,并提出使用c-C4F8含量为20%的c-CaF8/N2混合气体替代SF6气体用于12~40.5kV的电力设备具有可行性。
首先,本文从SF6气体的分子结构和理化性能入手,分析了形成SF6气体优良性能的各种因素,然后对比c-C4F8气体的分.了结构和理化性能,分析了c-C4F8气体具有的性能,以及与N2气体混合后,混合气体性能的变化情况。
其次,本文通过实验测量了c-C4F8气体和c-C4F8/N2混合气体的局部放电起始电压和放电量,分析了气压、混合比、电极距离等因素对c-C4F8气体和c-C4F8/N2混合气体局部放电起始电压和放电量的影响,并对c-C4F8气体与N2气体在局部放电方面的协同效应及变化趋势进行了讨论分析。
然后,本文采用电流引入合成实验法,以最高恢复电压上升率为评价标准,通过实验测量了0.1~0.2MPa气压下,c-C4Fs气体和c-C4Fs/N2混合气体在分断峰值为350A~1600A电流时的最高恢复电压上升率,对c-C4F8/N2混合气体的灭弧性能进行了实验研究,并与SF6气体进行了对比。
本文还针对气体绝缘电力设备中最常见的管道结构,使用传热学解析计算公式建立了传热计算模型,提出了气体介质的综合传热系数,在此基础上对c-C4F8气体和c-C4F8/N2混合气体的传热性能进行了研究。通过实测结果,计算得到了c-C4F8气体和c-C4F8/N2混合气体的综合传热系数,并分析了气体压力、混合比等因素对气体综合传热系数的影响。
最后,本文在上述研究成果的基础上,从环保效果、经济成本、使用环境、局放性能、灭弧性能、传热性能等多个方面探讨了使用c-C4F8/N2混合气体替代SF6气体用于电力设备的可行性。