《SF6替代气体绝缘及局部放电性能的综合研究科技项目投资可行性论证初步设计报告》

主要参考文献周辉，邱毓昌等混合气体的绝缘特性高压电器陈庆国，肖登明等混合气体的放电特性西安交通大学学报肖登明几种混合气体的耐电强度及分析上海交通大学学报，吴变桃及其混合气体绝缘性能的研究上海交通大学博士学位论文张刘春，肖登明，张栋，等替代可行性的实验分析电工技术学报，刑卫军，张国强，李康等混合气体局部放电特性试验研究中国电机工程学报三项目申请单位具备的研究基础和条件本课题组隶属重庆大学输变电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，有良好的工作环境和研究平台。

项目负责人张晓星教授，博士生导师，教育部新世纪人才，重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室输配电装备状态监测与安全评估中心副主任。

主要从事电气设备绝缘在线监测故障诊断与评估，替代气体性质与应用，绝缘气体分解机理及其监测方法，纳米新型传感器等方向研究。

近年来，作为负责人承担自然科学基金项目项科技部国际合作项目项省部级科技项目项主研国家重点基础研究发展计划项目项目等国家级部省级项目余项获重庆市自然科学二等奖项重庆市科技进步二等奖三等奖各项，重庆电力科学技术等奖项在国内外期刊与国际会议发表论文余篇，其中检索余篇申请发明专利余项，其中授权专利项。

明年工作时间超过个月，在本项目中担任总体负责和方案制定以及试验方法设计等工作。

重庆大学输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室已形成超高频监测与模式识别研究分解机理及组份监测与故障诊断研究纳米材料等新型传感器研究等特色鲜明的研究方向。

负责人承担并完成国家自然科学基金重庆市科委国网攻关项目等多个关于超高频监测与诊断项目，拥有工频直流和冲击电源，真实三相共箱设备工作段试验研究平台和开关柜局部放电模拟装置和超高频测量系统替代气体实验装置，理论和试验基础完备。

用于本项目研究已有的主要实验设备有能够模拟各类放电的替代气体特性实验平台套工频直流冲击试验电源齐备气体分解组份产生与测量系统实验研究平台套④真实三相共箱设备工作段试验研究平台套美国和仿真软件，微机工作站和高配置微机群模拟带宽，采样率，双通道存储深度，四通道高速数字示波器台。

本课题组已在国内期刊发表相关工作成果，有实验和研究基础张晓星，周君杰，唐炬，肖淞，张敏混合气体局部放电特性实验研究高电压技术张晓星，周君杰，唐炬，卓然，谌阳混合气体在针板电极下局部放电绝缘特性实验研究电工技术学报四项目研究内容技术路线与实施方案主要研究内容主要技术内容拟采用理论研究结合试验研究的思路，开展两个方面的工作替代气体的放电机理的研究主要研究在替代气体的电子崩放电阶段，不同的放电参数对电子崩的发展所起的作用，其结果对于预测和控制绝缘气体的击穿有较大的帮助。

击穿和局部放电实验研究。

在定的实验条件诸如不同的电场分布不同的电压波形下，直接测得替代气体绝缘气体的耐电强度和局部放电强度，并对机理研究结果进行修正和补充。

其技术路线具体如下理论研究采用蒙特卡罗模拟方法，建立微观模型，结合稳态汤生实验法，拟合求出电负性气体及其与缓冲气体混合气体的电离系数密度比电离系数分子数密度以及吸附系数密度比ηη吸附系数，模拟粒子在气体中的运动过程，计算电子碰撞截面如动量转换截面激发碰撞截面电离碰撞截面和附着截面等速度分布电子能量分布和放电参数之间的关系，模拟气体中电子崩发展过程。

通过上述参数最终得出电负性气体及其与缓冲气体混合气体耐电强度，为后续实验提供理论指导。

绝缘特性及局部放电特性试验研究调压器隔离变压器试验变压器保护电阻电容分压器气体放电分解装置天线检测阻抗耦合电容示波器图替代气体综合放电特性试验连接图采用已研制的替代气体实验装置，试验接线如图所示。

通过针板电极分别对电负性气体及混合气体进行工频直流冲击电压下的击穿实验，得到电负性气体及混合气体在不同电场下的击穿特性，通过计算得到混合气体在不同电场分布情况下的绝缘特性及协同效应，并与理论计算值进行比较模拟气体绝缘电气设备中的典型绝缘缺陷，采用不同间距不同混合比和不同压力，测量混合气体的局部放电起始电压，结合测得实验数据和波形与的相应性质进行对比对电负性气体及混合气体从局部放电起始到击穿进行长时间持续实验，对其综合放电特性进行研究，为混合气体替代作为新绝缘介质用于电气设备绝缘介质奠定坚实理论基础和应用实验基础。

电负性气体缓冲气体混合气体工频直流冲击间距混合比压强局放试验击穿试验局放试验击穿试验不同缺陷电压类型影响因素与仿真结果对比，验证混合气体耐电强度与及其混合气体进行同条件下实验对比，提出最优配比组合图本项目的技术路线主要技术难点首次针对多种电负性气体及其与缓冲气体混合气体的放电机理进行深入研究。

以为例，首次提出对或混合气体的局部放电能力进行研究，研究多因数对混合气体局部放电性能的影响规律及混合气体的协同效应首次提出在针板缺陷下，分别在不同放电时间的综合放电情况下对几种纯电负性气体及其与缓冲气体的混合气体从局部放电起始到击穿进行研究④首次综合液化温度环境影响绝缘特性局部放电能力等因素，对采用多种混合气体替代用作气体绝缘设备新介质开展初步研究，并进行客观系统对比。

通过仿真建立微观模型，模拟混合气体中电子崩发展过程。

项目简表项目名称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职称教授项目分类发电能源输电变电次配电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项目起止时间年月年月申请经费总额万元项目摘要字以内国内外大量研究发现，和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，同时还具有良好的绝缘性能和理化性质，被认为最有可能替代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点，故现在有关替代气体的研究围绕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，并且降低电负性气体的液化温度，抑制杂质粒子析出，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或的混合气体放电机理进行研究。

其次，从工频直流冲击电压下击穿角度出发，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因素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。

最后，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同阶段的放电特性与进行对比研究，为电负性气体和缓冲气体的混合气体替代作为新绝缘介质用于电气设备奠定理论和应用实验基础，最终提出种最优的替代气体解决方案。

申请单位意见公章年月日总部部门直属机构分子公司意见公章年月日项目分工与计划进度安排项目相关单位及具体分工单位具体分工项目申请单位重庆大学协作单位协作单位协作单位计划进度安排任务名称开始时间完成时间主要内容及交付项实验平台搭建调研，改进并完善实验装置极不均匀电场下不同混合气体绝缘性能研究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实验，研究纯电负性气体与混合气体在不同电场分布情况下的绝缘特性，进步分析电负性气体和电负性气体混合气体对电场均匀度的敏感程度及协同效应，并与相应情况下的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从局部放电和击穿的角度出发，通过采用不同类型绝缘缺陷，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，并与相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分别在交流直流和冲击电压下，通过采用不同类型绝缘缺陷，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，并与相应性质进行对比分析总结总结研究成果，结题。

项目组员情况序号姓名年龄职称职务工作单位任务分工张晓星教授重庆大学总体负责唐炬教授重庆大学方案制定肖淞博士生重庆大学理论研究周君杰硕士生重庆大学实验研究韩晔飞硕士生重庆大学实验研究目的和意义因其优异的绝缘和灭弧性能而广泛的应用于电力系统的高压电气设备中。

但作为种公认的温室气体，其温室效应潜在值是的倍，在大气中的存活寿命为年，并且在放电后会产生等毒性气体，在潮温的空气中还会形成酸雨。

同时，实际运行的电气设备都不可避免的存在气体泄漏问题，回收十分困难，加剧了温室效应。

在年签订的京都议定书中，将气体列为六种限制性使用的温室气体之，要求到年基本限制气体的使用。

因此，急需寻找环境友好型的替代品作为绝缘介质用于电气设备中，缓解环境的温室效应。

而和是无色无味无毒不可燃气体，是目前发现的绝缘和灭弧性能较好的可替代气体，其中的不但小于，而且其大气寿命短，约为年的为，是的三分之和对大气环境的危害程度也远低于。

以上气体的臭氧消耗潜在值均约为。

如果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，同时可以提高电力工业的环保形象，对于推广使用环保型替代气体起到了先锋模范作用，大量使用后可降低替代气体的使用成本，进步提升新型绝缘气体的性价比。

二项目研究的背景早在年代，国外学者开始研究用和缓冲气体等的混合气体作为电气设备的绝缘介质，几十年来，混合气体的研究取得了定的成果，但是含量通常较高大于不能从根本上解决气体带来的温室效应问题。

鉴于环保的要求，国外也对些和样含有原子的电负性气体进行大量研究，近年来，三氟碘甲烷八氟环丁烷全氟丙烷六氟乙烷等气体被认为是最具有潜质替代气体作为新的绝缘介质用于气体绝缘设备中。

等通过研究得出纯气体的绝缘性能是相同条件下气体的倍，混合气体的伏秒特性近