我國(guó)對(duì)于SF6替代氣體的研究尚沒(méi)有得到足夠的重視,至今為止還沒(méi)有專(zhuān)門(mén)研究能夠完全取代SF6的氣體,僅是研究SF6混合氣體以期望取代純SF6。 在全球環(huán)境問(wèn)題極為嚴(yán)峻的形勢(shì)下,尋找一種新的能夠取代SF6的低溫室效應(yīng)氣體顯得尤為迫切。尤其對(duì)我們國(guó)家,生態(tài)環(huán)境比較惡劣,開(kāi)展SF6替代氣體研究,尋找適合我們國(guó)家環(huán)境條件的絕緣氣體,具有十分重要的意義。我國(guó)若一旦研制成功具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新一代環(huán)保型的GIS設(shè)備,在高壓、超高壓甚至特高壓電力系統(tǒng)中應(yīng)用,將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本書(shū)主要用作高電壓與絕緣技術(shù)專(zhuān)業(yè)研究生教材,也可供高電壓技術(shù)專(zhuān)業(yè)和相近專(zhuān)業(yè)(應(yīng)用物理專(zhuān)業(yè)、氣體激光、等離子體技術(shù)等專(zhuān)業(yè))的研究人員和研究生參考,以及國(guó)家電力部門(mén)、電器制造廠家的工程技術(shù)人員參考。
氣體放電和氣體絕緣的應(yīng)用研究對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展起了很大的推進(jìn)作用。無(wú)論現(xiàn)在或未來(lái),絕緣氣體必須是環(huán)境所能接受的。因此,對(duì)于氣體可能影響全球變暖問(wèn)題的最佳解決方法是阻止有害氣體向大氣釋放。這種對(duì)環(huán)境友好的解決方法指出有必要尋找環(huán)保型絕緣氣體,有必要研究SF6替代絕緣氣體的高壓絕緣技術(shù)。
在溫室效應(yīng)環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)峻形勢(shì)下,研究一種新型的能夠取代SF6的低溫室效應(yīng)絕緣氣體顯得尤為迫切。開(kāi)展SF6替代氣體研究,尋找適合國(guó)際上環(huán)境條件的絕緣氣體,具有十分重要的意義。因此,迫切需要一本有關(guān)SF6、SF6混合氣體和環(huán)保型絕緣氣體的專(zhuān)業(yè)指導(dǎo)書(shū),以促使和推動(dòng)環(huán)保型的、新型的絕緣氣體的研究和應(yīng)用。
著者所在的項(xiàng)目組20年來(lái)緊跟國(guó)際研究步伐,開(kāi)展了SF6、SF6混合氣體和環(huán)保型絕緣氣體的計(jì)算分析與實(shí)驗(yàn)研究工作,取得了一定的成果。著者把20多年的科研成果編著成《氣體絕緣與GIS》一書(shū),以期為國(guó)內(nèi)外研究環(huán)保型的絕緣氣體和開(kāi)發(fā)新型SF6替代絕緣氣體的電力設(shè)備的研究提供一定的參考。
全書(shū)共分為7章。第1章為緒論,簡(jiǎn)單介紹了氣體絕緣的研究和應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r;第2章闡述氣體放電的基礎(chǔ),描述了湯遜放電和流注放電的基礎(chǔ)理論;第3章描述了氣體放電過(guò)程的蒙特卡羅模擬和玻耳茲曼方程算法;第4章描述了SF6氣體的放電特性和絕緣性能;第5章描述了SF6混合氣體的絕緣特性及應(yīng)用;第6章描述了當(dāng)前國(guó)際上研究的幾種潛在的SF。替代氣體的放電特性和絕緣性能,及環(huán)保型氣體絕緣的研究狀況及發(fā)展前景;第7章闡述了常用的氣體絕緣電力設(shè)備,如金屬封閉式組合電器(GIS)等的應(yīng)用現(xiàn)狀,提出了應(yīng)用環(huán)保型絕緣氣體的前瞻性建議。
在編寫(xiě)過(guò)程中,著者參考了近年來(lái)出版的國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn),主要總結(jié)了自己20多年來(lái)從事SF6、SF6混合氣體和SF6替代氣體絕緣性能研究取得的成果,既重視加強(qiáng)基礎(chǔ)理論,又密切聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用。本書(shū)由中國(guó)工程院院士雷清泉先生審閱了全稿,但由于著者水平有限,書(shū)中有不妥或錯(cuò)誤之處,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
本書(shū)在編著出版中,獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金(No:51337006)的資助,得到了上海交通大學(xué)出版社的支持,著者表示深深的謝意。
本書(shū)在編寫(xiě)過(guò)程中,我的研究生李冰、趙小令、鄧云坤、焦峻韜、譚東現(xiàn)、趙謖參與了資料收集、校對(duì)整理的工作,在此一并表示感謝。
肖登明
2015年8月于上海交通大學(xué)
1953年12月出生,上海交通大學(xué)電子與電氣工程學(xué)院教授,博士生導(dǎo)師,1982年畢業(yè)于西安交通大學(xué)高電壓專(zhuān)業(yè),1987年獲碩士學(xué)位,1994年獲博士學(xué)位。自1991年以來(lái)一直從事SF6混合氣體和絕緣氣體的放電特性和絕緣性能的研究。
1緒論
1.1氣體絕緣的定義
1.2絕緣氣體的固有特性
1.3SF6的發(fā)展歷史和應(yīng)用
1.4SF6是一種潛在的溫室氣體
1.5環(huán)境中SF6氣體的濃度
1.6SF6替代絕緣氣體
1.7環(huán)保型絕緣氣體的現(xiàn)狀與發(fā)展
2湯遜放電與流注放電
2.1湯遜放電
2.1.1電子崩的形成
2.1.2α過(guò)程
2.1.3y過(guò)程
2.1.4自持放電的判據(jù)
2.2流注放電
2.2.1流注理論的提出
2.2.2產(chǎn)生流注的判據(jù)
2.2.3流注發(fā)展的理論
2.2.4流注理論對(duì)不同現(xiàn)象的解釋
2.3湯遜放電實(shí)驗(yàn)
2.3.1穩(wěn)態(tài)湯遜法(SST)
2.3.2脈沖湯遜法(PT)
3氣體放電發(fā)展的理論研究方法
3.1氣體放電中的蒙特卡羅模擬
3.1.1蒙特卡羅法簡(jiǎn)介
3.1.2氣體電子崩發(fā)展的蒙特卡羅模擬模型
3.1.3常見(jiàn)氣體放電參數(shù)的蒙特卡羅模擬
3.2氣體放電參數(shù)的玻耳茲曼方程求解
3.2.1玻耳茲曼方程簡(jiǎn)介
3.2.2常見(jiàn)氣體放電參數(shù)的玻耳茲曼方程求解
4SF6氣體的絕緣特性
4.1SF6的基本物理性質(zhì)
4.1.1SF6的分子結(jié)構(gòu)
4.1.2SF6的氣體狀態(tài)參數(shù)
4.1.3SF6的電負(fù)性和熱性能
4.1.4SF6的分解及分解產(chǎn)物
4.2SF6的氣隙擊穿特性
4.2.1均勻電場(chǎng)中的放電特性
4.2.2稍不均勻電場(chǎng)中的放電特性
4.2.3極不均勻電場(chǎng)中的放電特性
4.3SF6氣體中固體絕緣子的沿面放電特性
4.3.1電場(chǎng)分布及其對(duì)固體絕緣子沿面放電特性的影響
4.3.2影響SF6氣體中氣一固絕緣特性的因素
4.4各種因素對(duì)SF6絕緣性能的影響
4.4.1氣體壓力對(duì)SF6擊穿電壓的影響
4.4.2電場(chǎng)均勻度對(duì)SF6擊穿電壓的影響
4.4.3極性對(duì)SF6擊穿電壓的影響
4.4.4電極表面粗糙度對(duì)SF6擊穿電壓的影響
5SF6混合氣體的絕緣特性
5.1混合氣體對(duì)SF6缺陷的改善
5.1.1液化溫度
5.1.2絕緣性能
5.1.3氣體成本
5.1.4環(huán)境保護(hù)
5.2SF6混合氣體的混合特性
5.2.1混合比
5.2.2混合比隨高度的變化
5.2.3混合過(guò)程
5.2.4混合氣體的回收
5.3常見(jiàn)SF6二元混合氣體的絕緣特性
5.3.1SF6/N2混合氣體的絕緣特性及其應(yīng)用
5.3.2SF6/CO2混合氣體的絕緣特性及其應(yīng)用
5.3.3SF6/N2和SF6/CO2的對(duì)比
5.4其他SF6多元混合氣體
5.4.1SF6/He和SF6/Ne混合氣體
5.4.2SF6/Ar、SF6/Kr和SF6/Xe混合氣體
5.4.3SF6與含鹵族元素氣體組成的混合氣體
6環(huán)保型氣體絕緣發(fā)展前景
6.1SF6替代氣體的研究進(jìn)展
6.1.1氣體絕緣發(fā)展的三個(gè)階段
6.1.2SF6替代氣體的研究現(xiàn)狀
6.2SF6氣體的應(yīng)用現(xiàn)狀和環(huán)保型氣體的探索
6.2.1SF6混合氣體的應(yīng)用與發(fā)展
6.2.2環(huán)保型絕緣氣體的研究發(fā)展
6.3c-C4F8及其混合氣體的研究與發(fā)展
6.3.1c-C4F8的物化特性
6.3.2c-C4F8/C02的放電特性及分析
6.3.3c-C4F8/CF4的放電特性及分析
6.3.4c-C4F8/N2的放電特性及分析
6.3.5c-C4F8/N20的放電特性及分析
6.3.6c-C4F8混合氣體的絕緣特性分析
6.3.7c-C4F8及其混合氣體的應(yīng)用發(fā)展
6.4CF3I及其混合氣體的研究與發(fā)展
6.4.1CF3I氣體的物理性質(zhì)
6.4.2CF3I氣體放電特性和絕緣性能的研究
6.4.3CF3I及其混合氣體的研究方向及應(yīng)用
6.5其他潛在的SF6替代氣體的絕緣性能研究
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常用的氣體絕緣電力設(shè)備
7.1氣體絕緣全金屬封閉式組合電器(GIS)
7.1.1SF6氣體絕緣全封閉組合電器(GIS)
7.1.2GIS的主要元件
7.1.3SF6混合氣體與環(huán)保型氣體在GIS中的應(yīng)用研究
7.2柜式氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(c-GIS)
7.2.1C-GIS發(fā)展概況及技術(shù)特點(diǎn)
7.2.2C-GIS的發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
7.2.3國(guó)內(nèi)外C-GIS中替代SF6氣體的研究
7.3氣體絕緣高壓輸電線路(GIL)
7.3.1GIL的特點(diǎn)
7.3.2GIL的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
7.3.3GIL的結(jié)構(gòu)
7.3.4GIL的發(fā)展
7.4SF6氣體絕緣變壓器(GIT)
7.4.1GIT的發(fā)展概況
7.4.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
7.4.3GIT結(jié)構(gòu)與絕緣技術(shù)
7.4.4GIT冷卻方式
7.4.5新型環(huán)保型絕緣氣體的GIT的研究
參考文獻(xiàn)
索引