CN114089134A - 一种减少混合气体放电固体析出物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少混合气体放电固体析出物的方法，高压领域技术领域，具体包括以下步骤：S1：将C5F10O/CO2进行充分混合，得到C5F10O/CO2混合气体；S2：再向C5F10O/CO2混合气体加入O2进行再次混合，得到第二混合气体，将第二混合气体的气压调节好；S3：将第二混合气体冲入到高压电器设备。本发明的有益效果在于：本发明在C5F10O/CO2混合气体加入一定比例的O2，O2可以将固体析出物重新氧化成气体，减少固体析出物的产生，保证了设备内部的电场环境，保证了介质绝缘强度，利于设备安全稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于高压领域技术领域，具体为一种减少C5F10O/CO2混合气体放电固体析出物的方法。
背景技术
六氟化硫(Sulfur hexafluoride,SF6)由于其出色的理化和电气特性，在气体绝缘组合电器、断路器、电流互感器以及其它中压电气设备中得到广泛应用。目前，以SF6为绝缘介质的GIS设备主要运用于高压、超高压领域，由于其具备维护工作量少、占地面积小、可靠性极高等优势，在高压电器设备中占据绝对主导地位；在中低压配电领域，以SF6作为绝缘介质的电气设备使用量也呈现逐年增长趋势。然而，SF6温室效应潜在值(GWP)约为二氧化碳的23500倍，被《京都协议书》列为需要限制排放的温室气体。而电力工业中使用的SF6气体占到其年产量80％以上，因此寻求一种绝缘能力较强、安全可靠的环保型气体作为电气设备内的新型气体绝缘介质以减少SF6的使用，成为近年来迫切需要解决的问题。
C5F10O(全氟戊酮)是3MTM公司推出商品代号为NovecTM5110的SF6替代产品，由于出色的介电性能和环保特性，C5F10O近两年备受国内外替代气体研究领域学者的关注。相同条件下纯C5F10O绝缘强度是SF6气体的1.4倍，化学性质稳定，GWP值约为1，大气寿命仅为15天，对环境影响远小于SF6。由于C5F10O的沸点为26.9℃，为了满足工程应用最低液化温度要求，需将其与CO2、N2、干燥空气等液化温度较低的缓冲气体混合。
现有的研究表明，C5F10O/CO2混合气体有极大的工程应用潜力。然而，C5F10O/CO2混合气体在高能放电过程中会析出固体副产物。固体副产物会附着在设备内壁，改变设备内部的电场环境，可能会造成介质绝缘强度的降低，对设备的安全稳定运行造成巨大隐患。
因此，本发明提出一种减少混合气体放电固体析出物的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种减少混合气体放电固体析出物的方法，从而减少C5F10O/CO2混合气体放电固体析出物，保证了设备内部的电场环境，保证了介质绝缘强度，利于设备安全稳定运行。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种减少混合气体放电固体析出物的方法，具体包括以下步骤：
S1：将C5F10O/CO2进行充分混合，得到C5F10O/CO2混合气体；
S2：再向C5F10O/CO2混合气体加入O2进行再次混合，得到第二混合气体，将第二混合气体的气压调节好；
S3：将第二混合气体冲入到高压电器设备。
进一步地，所述第二混合气体的气压为0.14MPa。
进一步地，所述C5F10O所占比例为7.5％。
进一步地，所述O2所占比例为2-8％。
进一步地，所述O2所占比例为8％。
进一步地，所述CO2所占比例为(1-(C5F10O和O2所占比例之和))。
进一步地，所述S1和S2在常温下操作。
本发明的有益效果在于：本发明在C5F10O/CO2混合气体加入一定比例的O2，O2可以将固体析出物重新氧化成气体，减少C5F10O/CO2混合气体放电固体析出物，保证了设备内部的电场环境，保证了介质绝缘强度，利于设备安全稳定运行。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明的逐步升压法示意图。
图2为本发明的不同O2含量对C5F10O/CO2击穿电压的影响图。
图3为本发明的不同O2比例的C5F10O/CO2/O2击穿电压散点图。
图4为本发明的不同O2含量的C5F10O/CO2/O2击穿电压标准差和分散系数。
图5为本发明的0％和8％O2击穿100次后电极表面图。
具体实施方式
为了更加清楚地描述本发明的思想，技术方案和优点，具体实施方式通过实施例和附图来表明。显然地，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在未付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，一种减少混合气体放电固体析出物的方法，具体包括以下步骤：
S1：将C5F10O/CO2进行充分混合，C5F10O所占比例为7.5％，CO2所占比例为(1-(C5F10O和O2所占比例之和))，得到C5F10O/CO2混合气体；
S2：再向C5F10O/CO2混合气体加入O2进行再次混合，O2所占比例为2-8％，得到第二混合气体，将第二混合气体的气压调节好，所述第二混合气体的气压为0.14MPa；
S3：将第二混合气体冲入到高压电器设备。
所述S1和S2在常温下操作。
具体实验
选用球-球电极模拟电气设备内常见的稍不均匀电场进行100次工频击穿试验，设定混合气体总填充压为0.14MPa，其中C5F10O所占比例固定为7.5％，O2所占比例分别设置为0、2％、4％、6％、8％，其余均填充缓冲气体CO2。
工频击穿试验步骤如下：
1)实验前准备阶段
①每次实验前利用蘸有无水乙醇的脱脂棉擦拭罐体内壁以及电极模型，避免气室内的杂质灰尘或前次实验可能残留的固体分解物影响实验结果。待无水乙醇风干后将电极模型安装在导电杆上，调节电极间距，全程操作佩戴无粉橡胶手套进行。
②对放电气室进行定性检漏。《GB/T 11023-2018高压开关设备六氟化硫气体密封试验方法》中推荐可采用抽真空、检漏仪、红外成像三种方式进行检漏。本实验采用抽真空检漏方法，具体操作为：利用真空泵将气室抽成真空，实验中认定表压为-100.87kPa，气室处于真空状态。当表压达到-100.87kPa后，仍维持真空泵运转30min方可停泵，静置30min后读取高精度气压表示数为A，5h后再读取表压为B；若B-A≤0.13kPa，则认为放电气室密封性能良好。
③若检测放电气室气密性良好，则开始利用缓冲气体冲洗去气室内的杂质气体以及前次实验可能残留的气体分解物。由于本实验混合气体中的主要气体为CO2，因此向真空气室内通入CO2，使气室填充压为正，再利用真空泵将气室抽成真空。重复充气与抽真空过程三次，以确保气室内杂质气体充分排出。
④洗气后，首先向真空气室内充入7.5％的C5F10O气体，再充入规定比例的O2，最后充入CO2直到混合气体总填充压为0.14MPa。充气完毕后，需将气室静置24h，确保气室内气体充分混合。
2)工频击穿实验
①开展工频击穿实验之前，首先对实验回路进行检查，确保实验接地良好，不存在线路短接或仪器受潮的情况。
②合上电源开关，选择逐步升压法进行升压，即越接近绝缘介质电压击穿值，升压步长越小，示意图如图1所示。该方法考虑到了绝缘介质击穿的时延效应，且电压波形为交流电压，击穿电压能较准确地反应设备内部的击穿情况，无需分析概率意义上的50％击穿电压U50％。采用逐步升压法提高施加于电极两端的工频电压，直至气隙击穿，继电保护动作，记录此时的击穿电压值。由于击穿后电压以及电弧局部高温的影响，需等待5min待混合气体重新恢复绝缘强度后重新加压，确保试验结果的准确性。
③相同条件下重复击穿实验100次。
取每组实验前20次击穿电压的平均值作为该组的击穿电压，作出击穿电压箱型图，如图2所示。图中黑色分散点为实验测得每次击穿电压数据点，红线为每组击穿电压平均值随氧气比例变化曲线。我们发现O2比例对C5F10O/CO2混合气体的击穿电压影响不大。
另外，我们绘制了不同O2比例的C5F10O/CO2混合气体击穿电压散点图，如图3所示。
由于气体绝缘介质在放电过程中电弧通道的形成具有随机性的特点，即使在放电初始条件完全相同的条件下，气体击穿电压仍呈现一定的分散性。击穿电压分散性同样是衡量气体击穿特性优劣的重要标准。本方法提出一种定量分析击穿分散性的新方法。利用标准偏差σ与分散系数λ来表征C5F10O/CO2/O2击穿电压的分散性，定义：
式中，N表示实验数据样本数，本文中指混合气体击穿次数，N取100。
为100次击穿电压值的平均值，xi为第i次击穿得到的击穿电压值。为消除O2对击穿电压平均值的影响，引入分散系数λ来比较不同比例O2下C5F10O/CO2/O2击穿电压的分散性。λ越小，说明混合气体的击穿电压分散性就越小。图4给出了不同O2浓度下C5F10O三元混合气体的标准偏差与分散系数。
可知，O2的加入可以明显减小C5F10O/CO2混合气体的标准差和分散系数。事实上这跟O2可以减少C5F10O/CO2混合气体放电产生的固体副产物有关。固体分解物质会附着于电极上，致使表面形貌坑洼，其光滑度下降，增大击穿通道形成的随机性，导致击穿电压标准差增大，分散性提高。氧气加入后会与电极表面固体分解产物反应生成气体产物，致使电极表面重新变光滑，击穿电压分散性降低。图5给出了加入0％和8％O2击穿100次后电极表面图。我们发现加入8％O2可以明显减少固体副产物的析出，验证了本方法的有效性。
上述所举实施例，对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所举实施例仅为本发明的优选实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1：将C5F10O/CO2进行充分混合，得到C5F10O/CO2混合气体；
S2：再向C5F10O/CO2混合气体加入O2进行再次混合，得到第二混合气体，将第二混合气体的气压调节好；
S3：将第二混合气体冲入到高压电器设备。
2.根据权利要求1所述的减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，所述第二混合气体的气压为0.14MPa。
3.根据权利要求2所述的减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，所述C5F10O所占比例为7.5％。
4.根据权利要求3所述的减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，所述O2所占比例为2-8％。
5.根据权利要求4所述的减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，所述O2所占比例为8％。
6.根据权利要求5所述的减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，所述CO2所占比例为(1-(C5F10O和O2所占比例之和))。
7.根据权利要求6所述的减少混合气体放电固体析出物的方法，其特征在于，所述S1和S2在常温下操作。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220225 |
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