替代气体绝缘及局部放电性能综合研究项目申请书及可行性研究报告.docx

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1、中国南方电网有限责任企业科技项目申请书及可行性研究汇报项目名称：SF6替代气体绝缘及局部放电性能B综合研究申请单位：重庆大学起止时间：2023.032023.12项目负责人：张晓星联络申请日期：2023.03填写说明一、请严格按照规定填写各项。二、专业类别根据项目所属专业种类从发电（能源）、输电、变电一次、配电一次、电力建设、系统运行、继保自动化、电网规划设计技术、通信及信息技术、计量营销、智能电网新技术、综合研究共12类技术中选择。三、项目摘要应简要阐明项目研究内容和预期成果，字数规定500字以内。四、项目申请单位指提出项目提议与申请的单位或部门，如总部各部门、直属机构、各分子企业及其所属基

2、层单位等。五、项目分工应重要描述项目申请单位与协作单位的任务划分，项目计划进度安排应准时间段列出研究推进计划，并明确各阶段交付物及标志性里程。六、科技经费预算支出科目详细解释见附件1。项目简表坝名SF6替代气体绝缘及局部放电性能的综合研究项目负责人姓名张晓星工作单位重庆大学性别男年龄40职称专家项目分类1、发电（能源）3、变电一次5、电力建设7、继保自动化9、通信及信息技术11、智能电网新技术2、输电4、配电一次6、系统运行8、电网规划设计技术10、计量营销12、综合研究项目起2023年03月2023年12月中、叁以弗M加苗-,1N据申请经费总额120万兀项目摘要（500字以内）：国内外大量研

3、究发现，CF31c-C4F8,C3F8和C2F6气体都是环境友好型气体，其温室效应影响和大气寿命极小，同步还具有良好日勺绝缘性能和理化性质，被认为最有也许替代SF6气体作为绝缘介质用于电气设备中。但以上的纯净电负性气体存在液化温度高、放电会析出碳粒子或碘粒子等缺陷，故目前有关SF6替代气体的研究围绕一种电负性气体和缓冲气体的混合气体展开。使得混合气体的耐电强度出现协同或正协同效应，并且减少电负性气体H勺液化温度，克制杂质粒子析出，进而大大提高其作为绝缘介质的应用价值。本项目拟首先对四种电负性气体与缓冲气体N2或COzH勺混合气体放电机理进行研究。另一方面，从工频、直流、冲击电压下击穿角度出发，

4、对电负性气体及混合气体的击穿性能进行研究；从局部放电角度出发，研究混合比例、电极距离及气体压强等原因对电负性气体及混合气体局部放电性能的影响，并讨论混合气体的!协同效应，以及缓冲气体对电负性气体电场敏感性的改善作用。最终，通过对电负性气体及混合气体从局部放电起始到击穿的不一样阶段的放电特性与SF6进行对比研究，为电负性气体和缓冲气体日勺混合气体替代SF6作为新绝缘介质用于电气设备奠定理论和应用试验基础，最终提出一种最优的替代气体处理方案。申请单位意见：（公章）年月日总部部门、直属机构、分子企业意见：（公章）年月日项目分工与计划进度安排1、项目有关单位及详细分工单位具体分工项目申请单位重庆大学协

5、作单位1协作单位2协作单位32、计划进度安排任务名称开始时间完毕时间重要内容及交付项试验平台搭建2023.032023.05调研，改善并完善试验装置；极不均匀电场下不一样混合气体绝缘性能研究2023.062023.10通过针板模拟极不均匀电场分别对几类纯电负性气体和其混合气体进行工频局放试验和击穿试验，研究纯电负性气体与混合气体在不一样电场分布状况下的绝缘特性，深入分析电负性气体-N2和电负性气体-CO2混合气体对电场均匀度的敏感程度及协同效应，并与对应状况下的SF6进行比较；间距、混合比、压强三个因数对混合气体局部放电性能影响的研究2023.112023.04从局部放电和击穿的角度出发，通过

6、采用不一样类型绝缘缺陷，对纯电负性气体与其混合气体的局部放电能力进行研究，讨论间距、混合比、压强三个因数对混合气体局部放电性能的影响，对混合气体的协同效应进行分析，并与SF6对应性质进行对比分析；电压类型对混合气体绝缘性能影响的研究2023.052023.10分别在交流、直流和冲击电压下，通过采用不一样类型绝缘缺陷，对纯电负性气体与其混合气体的绝缘性能进行研究，讨论电压类型对混合气体绝缘性能的影响，对混合气体的协同效应进行分析，并与SF6对应性质进行对比分析；总结2023.112023.12总结研究成果，结题。项目构成人员状况序号姓名年龄职称、职务工作单位任务分工1张晓星40专家重庆大学总体负

7、责2唐炬52专家重庆大学方案制定3肖淞24博士生重庆大学理论研究4周君杰25硕士生重庆大学试验研究5韩晔飞23硕士生重庆大学试验研究一、目的和意义SF6因其优秀日勺绝缘和灭弧性能而广泛日勺应用于电力系统日勺高压电气设备中。但SF6作为一种公认的温室气体，其温室效应潜在值GWP(GIoba)WarmingPotentia1)是C223900倍，在大气中的存活寿命为3423年，并且在放电后会产生So2、SF4、S2F2,S2F10等毒性气体，在潮温的空气中还会形成酸雨。同步，实际运行的SF6电气设备都不可防止日勺存在气体泄漏问题，回收十分困难，加剧了温室效应。在1997年签订的京都议定书中，将SF

8、6气体列为六种限制性使用的温室气体之一，规定到2023年基本限制SF6气体的使用。因此，急需寻找环境友好型的SF6替代品作为绝缘介质用于电气设备中，缓和环境日勺温室效应。而CF31、C-C4F8、C3F8和C2F6是无色、无味、无毒、不可燃气体，是目前发现日勺绝缘和灭瓠性能很好日勺可替代SF6气体，其中CFK的GWP不仅不不小于5,并且其大气寿命短，约为0.023年，；c-C4F8的GWP为8700,是SFe的三分之一；C3F8(GWP=7000)和C2F6(GWP=9200)对大气环境日勺危害程度也远低于SF6。以上气体的臭氧消耗潜在值ODP(OzoneDep1etingPotentia1)

9、均约为0。假如将其作为绝缘介质用于电气设备中必将大大减小电力工业对环境污染的程度，同步可以提高电力工业的环境保护形象，对于推广使用环境保护型替代气体起到了先锋模范作用，大量使用后可减少替代气体日勺使用成本，深入提高新型绝缘气体日勺性价比。二、项目研究的背景早在70年代，国外学者开始研究用SF6和缓冲气体(N2、CO2等)的混合气体作为电气设备日勺绝缘介质山叫几十年来，SF6混合气体日勺研究获得了一定日勺成果，不过SF6含量一般较高(不小于30%)不能从主线上处理SF6气体带来的温室效应问题。鉴于环境保护的规定，国外也对某些和SF6同样具有F原子的电负性气体进行大量研究，近年来，三氟碘甲烷(CF

10、3I)、八氟环丁烷(C-C4F8)、全氟丙烷(C3F8)、六氟乙烷(C2F6)等气体被认为是最具有潜质替代SF6气体作为新的绝缘介质用于气体绝缘设备中14叫Katagiri等通过研究得出纯CF3I气体日勺绝缘性能是相似条件下SF6气体的1.2倍，CF31-N2(60%-40%)混合气体的伏秒特性近似与SF6气体相似叫Takeda等通过研究指出在CF3I气体不均匀电场中日勺飞瓠电压低于SF6气体，不过在均匀电场下，CFK气体的飞弧电压高于SF6气体，同步，CF31气体的伏秒特性受电场均匀程度影响比较严重I；日本东京电机大学日勺Katagiri等通过研究表明，CF3I-CO2(30%-70%)混合

11、气体开断性能其是SF60.67倍，同步CF3I-N2的开断性能随CF3I比例的增大线性增强，而CF3I-CO2则是非线性增强，即展现协同效应，因此CF3I-CO2混合气体的开断性能要强于CF31N2,指出CF31C2(30%-70%)混合气体最合用于GIS中用作绝缘介质；Urquijo等学者通过脉冲汤森试验对CF3I及CF3I-N2混合气体进行研究，70%的CF3I-N2混合气体的临界耐电强度基本与纯SF6气体相等网纥C-C4F8混合气体作为绝缘介质日勺应用已引起了国内外电力和环境有关专家的重视。1997年美国国标和技术协会技术会议上把cC4F8混合气体列为未来应当长期研究有潜力的绝缘气体，2

12、023年日本东京电力工业中心研究机构和东京大学提出了应用c-C4F8混合气体作为绝缘介质)。日本东京大学研究了2-10mm间隙下C-C4F8混合气体的交流击穿电压。文献21仅从减少液化温度角度研究了C-C4F8中添加N2,CO2以及CF4气体后的击穿特性，而没有考虑混合气体的温室效应指数，文献22虽然在研究cC4F8混合气体日勺耐电特性时，考虑了混合气体的温室效应指数，不过对于混合气体的合用环境没有进行研究，文献23用击穿试验措施对C1F8N2混合气体的耐电性能进行了研究，分析了C4F8气体与N2气体的协同效应，并与SF6气体日勺对应性能进行了对比；文献24用蒙特卡罗(MonteCark)措施

13、对C4F8ZN2混合气体日勺耐电性能进行了研究；文献25用玻尔兹曼(Bo1tZmann)方程分析法对C4F8ZN2的耐电性能进行了研究；文献2627用稳态汤生法(SteadystateTownsend,SST)试验措施分别对C4F8ZCO2混合气体和C4F8/CF4混合气体的耐电性能进行了研究。文献28针对C4F8N2混合气体的局部放电性能进行了研究，分析了混合比、气体压强、电极距离等原因对混合气体局部放电起始电压的影响。文献从击穿和局部放电的角度对C3F8/N2混合气体和C2F6N2混合气体进行了研究，并与SF6/N2混合气体进行了对比分析。文献29描述了C3F8CO2从局部放电到击穿的过程

14、，并对放电过程中产生时光的变化进行研究。综上，目前国内外对CF31及其混合气体替代SF6气体也许性的研究刚刚起步，仅对CF3I开断性能进行了初步研究，还需深入从工频击穿试验和PD试验分别对纯CF31及其混合气体日勺击穿特性和PD特性进行系统研究，同步对纯CF31气体及其混合气体从局部放电起始到击穿的不一样阶段放电特性进行研究；对于C-C4F8日勺研究虽然比较丰富，但针对其混合气体在直流和冲击电压下的绝缘状态还存在空白；对C3F8和C2F6研究仅停留在气体放电属性初级阶段，还需对其与缓冲气体日勺混合比、气体压强、缺陷日勺不均匀程度等原因对绝缘特性日勺影响开展研究。重要参照文献1Christoph

15、orou1.GandVanBruntR.J.SFN2MixturesBasicandHVInsu1ationPropertiesJ.IEEETransanctionsonDie1ectricsandE1ectrica1Insu1ation,1995,2(5):952-1003.21YamadaT,IshidaT,HayakawaNandOkuboHeta1.Partia1DischargeandBreakdownMechanismsinU1tra-di1uteSFe/N?GasMixturesJ.IEEETransactionsonDie1ectricsandE1ectrica1Insu1ation,2023,8(1):137-142.3JHeo-Gyung,Cheong-HoHwangandNam-Ryu1K