我国对于SF6替代气体的研究尚没有得到足够的重视,至今为止还没有专门研究能够完全取代SF6的气体,仅是研究SF6混合气体以期望取代纯SF6。 在全球环境问题极为严峻的形势下,寻找一种新的能够取代SF6的低温室效应气体显得尤为迫切。尤其对我们国家,生态环境比较恶劣,开展SF6替代气体研究,寻找适合我们国家环境条件的绝缘气体,具有十分重要的意义。我国若一旦研制成功具有自主知识产权的新一代环保型的GIS设备,在高压、超高压甚至特高压电力系统中应用,将产生巨大的经济效益和社会效益。本书主要用作高电压与绝缘技术专业研究生教材,也可供高电压技术专业和相近专业(应用物理专业、气体激光、等离子体技术等专业)的研究人员和研究生参考,以及国家电力部门、电器制造厂家的工程技术人员参考。
气体放电和气体绝缘的应用研究对工业生产和科学技术的发展起了很大的推进作用。无论现在或未来,绝缘气体必须是环境所能接受的。因此,对于气体可能影响全球变暖问题的最佳解决方法是阻止有害气体向大气释放。这种对环境友好的解决方法指出有必要寻找环保型绝缘气体,有必要研究SF6替代绝缘气体的高压绝缘技术。
在温室效应环境问题的严峻形势下,研究一种新型的能够取代SF6的低温室效应绝缘气体显得尤为迫切。开展SF6替代气体研究,寻找适合国际上环境条件的绝缘气体,具有十分重要的意义。因此,迫切需要一本有关SF6、SF6混合气体和环保型绝缘气体的专业指导书,以促使和推动环保型的、新型的绝缘气体的研究和应用。
著者所在的项目组20年来紧跟国际研究步伐,开展了SF6、SF6混合气体和环保型绝缘气体的计算分析与实验研究工作,取得了一定的成果。著者把20多年的科研成果编著成《气体绝缘与GIS》一书,以期为国内外研究环保型的绝缘气体和开发新型SF6替代绝缘气体的电力设备的研究提供一定的参考。
全书共分为7章。第1章为绪论,简单介绍了气体绝缘的研究和应用发展状况;第2章阐述气体放电的基础,描述了汤逊放电和流注放电的基础理论;第3章描述了气体放电过程的蒙特卡罗模拟和玻耳兹曼方程算法;第4章描述了SF6气体的放电特性和绝缘性能;第5章描述了SF6混合气体的绝缘特性及应用;第6章描述了当前国际上研究的几种潜在的SF。替代气体的放电特性和绝缘性能,及环保型气体绝缘的研究状况及发展前景;第7章阐述了常用的气体绝缘电力设备,如金属封闭式组合电器(GIS)等的应用现状,提出了应用环保型绝缘气体的前瞻性建议。
在编写过程中,著者参考了近年来出版的国内外文献,主要总结了自己20多年来从事SF6、SF6混合气体和SF6替代气体绝缘性能研究取得的成果,既重视加强基础理论,又密切联系实际应用。本书由中国工程院院士雷清泉先生审阅了全稿,但由于著者水平有限,书中有不妥或错误之处,敬请读者批评指正。
本书在编著出版中,获得了国家自然科学基金(No:51337006)的资助,得到了上海交通大学出版社的支持,著者表示深深的谢意。
本书在编写过程中,我的研究生李冰、赵小令、邓云坤、焦峻韬、谭东现、赵谡参与了资料收集、校对整理的工作,在此一并表示感谢。
肖登明
2015年8月于上海交通大学
1953年12月出生,上海交通大学电子与电气工程学院教授,博士生导师,1982年毕业于西安交通大学高电压专业,1987年获硕士学位,1994年获博士学位。自1991年以来一直从事SF6混合气体和绝缘气体的放电特性和绝缘性能的研究。
1绪论
1.1气体绝缘的定义
1.2绝缘气体的固有特性
1.3SF6的发展历史和应用
1.4SF6是一种潜在的温室气体
1.5环境中SF6气体的浓度
1.6SF6替代绝缘气体
1.7环保型绝缘气体的现状与发展
2汤逊放电与流注放电
2.1汤逊放电
2.1.1电子崩的形成
2.1.2α过程
2.1.3y过程
2.1.4自持放电的判据
2.2流注放电
2.2.1流注理论的提出
2.2.2产生流注的判据
2.2.3流注发展的理论
2.2.4流注理论对不同现象的解释
2.3汤逊放电实验
2.3.1稳态汤逊法(SST)
2.3.2脉冲汤逊法(PT)
3气体放电发展的理论研究方法
3.1气体放电中的蒙特卡罗模拟
3.1.1蒙特卡罗法简介
3.1.2气体电子崩发展的蒙特卡罗模拟模型
3.1.3常见气体放电参数的蒙特卡罗模拟
3.2气体放电参数的玻耳兹曼方程求解
3.2.1玻耳兹曼方程简介
3.2.2常见气体放电参数的玻耳兹曼方程求解
4SF6气体的绝缘特性
4.1SF6的基本物理性质
4.1.1SF6的分子结构
4.1.2SF6的气体状态参数
4.1.3SF6的电负性和热性能
4.1.4SF6的分解及分解产物
4.2SF6的气隙击穿特性
4.2.1均匀电场中的放电特性
4.2.2稍不均匀电场中的放电特性
4.2.3极不均匀电场中的放电特性
4.3SF6气体中固体绝缘子的沿面放电特性
4.3.1电场分布及其对固体绝缘子沿面放电特性的影响
4.3.2影响SF6气体中气一固绝缘特性的因素
4.4各种因素对SF6绝缘性能的影响
4.4.1气体压力对SF6击穿电压的影响
4.4.2电场均匀度对SF6击穿电压的影响
4.4.3极性对SF6击穿电压的影响
4.4.4电极表面粗糙度对SF6击穿电压的影响
5SF6混合气体的绝缘特性
5.1混合气体对SF6缺陷的改善
5.1.1液化温度
5.1.2绝缘性能
5.1.3气体成本
5.1.4环境保护
5.2SF6混合气体的混合特性
5.2.1混合比
5.2.2混合比随高度的变化
5.2.3混合过程
5.2.4混合气体的回收
5.3常见SF6二元混合气体的绝缘特性
5.3.1SF6/N2混合气体的绝缘特性及其应用
5.3.2SF6/CO2混合气体的绝缘特性及其应用
5.3.3SF6/N2和SF6/CO2的对比
5.4其他SF6多元混合气体
5.4.1SF6/He和SF6/Ne混合气体
5.4.2SF6/Ar、SF6/Kr和SF6/Xe混合气体
5.4.3SF6与含卤族元素气体组成的混合气体
6环保型气体绝缘发展前景
6.1SF6替代气体的研究进展
6.1.1气体绝缘发展的三个阶段
6.1.2SF6替代气体的研究现状
6.2SF6气体的应用现状和环保型气体的探索
6.2.1SF6混合气体的应用与发展
6.2.2环保型绝缘气体的研究发展
6.3c-C4F8及其混合气体的研究与发展
6.3.1c-C4F8的物化特性
6.3.2c-C4F8/C02的放电特性及分析
6.3.3c-C4F8/CF4的放电特性及分析
6.3.4c-C4F8/N2的放电特性及分析
6.3.5c-C4F8/N20的放电特性及分析
6.3.6c-C4F8混合气体的绝缘特性分析
6.3.7c-C4F8及其混合气体的应用发展
6.4CF3I及其混合气体的研究与发展
6.4.1CF3I气体的物理性质
6.4.2CF3I气体放电特性和绝缘性能的研究
6.4.3CF3I及其混合气体的研究方向及应用
6.5其他潜在的SF6替代气体的绝缘性能研究
6.5.1全氟丙烷(C3F8)
6.5.2一氧化二氮(N20)
6.5.3三氟甲烷(CHF3)
6.5.4全氟化碳(CF4)
7常用的气体绝缘电力设备
7.1气体绝缘全金属封闭式组合电器(GIS)
7.1.1SF6气体绝缘全封闭组合电器(GIS)
7.1.2GIS的主要元件
7.1.3SF6混合气体与环保型气体在GIS中的应用研究
7.2柜式气体绝缘金属封闭开关设备(c-GIS)
7.2.1C-GIS发展概况及技术特点
7.2.2C-GIS的发展面临的挑战
7.2.3国内外C-GIS中替代SF6气体的研究
7.3气体绝缘高压输电线路(GIL)
7.3.1GIL的特点
7.3.2GIL的国内外应用现状
7.3.3GIL的结构
7.3.4GIL的发展
7.4SF6气体绝缘变压器(GIT)
7.4.1GIT的发展概况
7.4.2国内外研究现状
7.4.3GIT结构与绝缘技术
7.4.4GIT冷却方式
7.4.5新型环保型绝缘气体的GIT的研究
参考文献
索引