GIS装置及其绝缘技术：第七章 混合气体绝缘

1、第七章 混合气体绝缘Xian Jiaotong University-2-内容SF6与全球气候变暖混合气体的优点混合气体的绝缘性能：均匀电场混合气体的绝缘性能：不均匀电场混合气体的混合比和充气气压气体的混合特性Xian Jiaotong University-3-SF6与全球气候变暖SF6是强温室效应气体SF6气体不会破坏大气臭氧层，然而它是1997年京都议定书指定的六种温室气体(CO2, CH4, N2O, HFCs, PFCs, SF6)之一。SF6气体对温室效应的实际影响很小，目前只占0.07%左右。将SF6气体列为温室效应气体，主要是SF6气体对温室效应有着相当大的潜在危险。高全球变暖

2、系数：SF6气体的全球变暖系数为23900 (以100年为期的计算值)长寿命：约为3200年全球SF6气体的产量大气中SF6含量的增长Xian Jiaotong University-4-SF6与全球气候变暖减少排放的措施推动SF6的回收利用在检修和退出运行时，采用回收装置回收SF6气体。关于SF6的回收利用，GIGRE的WG 23.10在1997年发布了SF6 Recycling Guide。国外的电力、工业部门也采取了很多措施抑制SF6的排出降低GIS的年漏气率目前GIS的年漏气率为不大于1%，随着技术水平的提高和人们对环境问题的日益重视，将来可望使年漏气率下降到0.5%以下。开发小型化、

3、高性能的GIS提高设计和制造技术，开发小型化、高性能的GIS。开发小型化、高性能GIS也有助于控制GIS的成本和占地面积。开发替代气体或者是混合气体绝缘研究可用于替代SF6气体绝缘的技术Xian Jiaotong University-5-SF6与全球气候变暖不含SF6气体成分的代替气体：N2、空气、CO2、CH4、PFC(全氟化物)、HFC(七氟丙烷)目前不存在比SF6优越的替代气体，各种气体均多少存在缺点(毒性、稳定性、液化温度、绝缘性能、消弧性能、臭氧层破坏指数、地球温暖化系数、价格)。含SF6气体成分的混合气体：SF6/N2、 SF6/CO2 、 SF6/N2/CO2 研究比较充分，性

4、能相对较为优越的是SF6/N2。 SF6/N2目前也是唯一实际使用过的混合气体用于高寒地区的断路器第二代气体绝缘输电管道(GIL)Xian Jiaotong University-6-混合气体的优点混合气体在以下几个方面有可能优于纯SF6气体：(1)液化温度降低SF6含量可降低液化温度Xian Jiaotong University-7-混合气体的优点(2)绝缘性能两成分混合气体的耐电强度按相对耐电强度(RES)分为四类：1：在混合比为某些值时，混合气体的耐电强度高于高于两种单独气体的耐电强度。代表性气体： CF2Cl2-SF6、C3F6-SF62：向上凸代表性气体： N2-SF6、CO2-S

5、F63: 耐电强度随气体的混合比线性改变代表性气体：SF6-He4：向下凹代表性气体： C2F3Cl3-SF6Xian Jiaotong University-8-混合气体的优点在SF6含量很低的情况下，也能达到很高的绝缘强度20%75%0)/()/(pEcKM 优异值反映了气体在不均匀场中绝缘能力的优越程度。绝缘能力SF6-N2 SF6-CO2； 优异值 SF6-N2 SF6+N2SF6+CO2粗糙电极：SF6SF6+N2 SF6+CO2混合气体对局部强电场的敏感性比纯SF6要小。Xian Jiaotong University-16-混合气体的绝缘性能：不均匀电场降低了起晕电压，提高了击穿

6、电压(3) 极不均匀场在SF6气体中添加某些气体，可明显提高其在极不均匀电场中的击穿电压。Xian Jiaotong University-17-混合气体的绝缘性能：不均匀电场起晕电压和击穿电压同时提高(氟利昂113)Xian Jiaotong University-18-混合气体的混合比和充气气压混合比：因为混合气体的灭弧能力要弱于纯SF6气体，故在灭弧室中使用SF6-N2混合气体时，SF6的含量不能太低。一般采用60%-40%或50%-50%。在灭弧室以外的气室，采用30%(SF6含量)以上的混合比意义不大。目前一般的看法在5%-30%之间，讨论比较多的是20%，在GIL中实际使用过的也是

7、20%的混合比。研究表明，混合比低于20%时，UHF法测量局部放电的灵敏度将下降。SF6-N2混合气体的耐电强度Xian Jiaotong University-19-混合气体的混合比和充气气压对于纯SF6气体而言：GIS灭弧室的充气气压在0.7MPa左右，其他隔室的充气气压在0.45MPa以下。SF6含量降低导致击穿电压下降，故必须提高充气压力保证绝缘性能充气气压：SF6耐电强度与充气气压和SF6含量之间的关系Xian Jiaotong University-20-混合气体的混合比和充气气压fdpEUnb/)10(0稍不均匀场中SF6气体的击穿电压：18. 01kVVmSF6混合气体的击穿电

8、压：fdkpEUnb/)10(18. 00故稍不均匀场中SF6混合气体的击穿电压：例：SF6从100%变到20%，充气气压必须为原来的1.4倍。0.4MPa0.56MPaXian Jiaotong University-21-气体的混合特性RTMRTpV(1) 混合比的控制nkTTNRVNVRTp00理想气体的状态方程kTnnnRTVpmm).().(2121道尔顿分压定律通过控制充气压力控制混合比例：充80%-20%的N2-SF6至0.7MPa时，可先充SF6至0.70.2=0.14MPa，然后充N2至0.7MPaXian Jiaotong University-22-气体的混合特性)(22

9、2222zNyNxNDtN(2) 扩散过程扩散方程两成分气体的扩散系数:DfDABnBMAMBMAMkTABD212163其中MA, MB=分子量 n =混合气体的分子数密度 k =玻尔兹曼常数 T =绝对温度 AB =碰撞分子的特性直径 fD=补偿系数(MAMB 1.0-1.02) (MAMB 且 B较小 1.0-1.1)D与温度和气压有关，随着时间的变化，气体浓度越来越均匀。Xian Jiaotong University-23-气体的混合特性气体混合均匀需要一定的时间实验条件：罐高1m，先充0.1MPa N2，然后从上部充入SF6气体Xian Jiaotong University-24-气体的混合特性(3) 混合比随落差的变化)h(hRTgeNN00随着高度的上升，气体分子数密度减小，气压也随之减小。由于SF6分子的摩尔质量较大，其分子数密度变化比N2快，因此在混合