技术领域
[0001] 本
申请属于电气绝缘介质技术领域，特别是涉及一种六氟化硫替代气体选择方法。
背景技术
[0002] 六氟化硫(SF6)气体已有百年历史，它是法国两位化学家Moissan和Lebeau于1900年合成的人造惰性气体，1940年前后，美国军方将其用于曼哈顿计划(核军事)。1947年提供商用。当前SF6气体主要用于电
力工业中。SF6气体用于4种类型的电气设备作为绝缘和/或灭弧；SF6
断路器及GIS(在这里指六氟化硫封闭式组合电器，国际上称为“气体绝缘
开关设备”(Gas Insulated Switchgear)、SF6负荷开关设备，SF6绝缘输电管线，SF6
变压器及SF6绝缘变电站。80％用于高中压电力设备。SF6气体一个分子对
温室效应的影响为CO2分子的25000倍,同时排放在大气中的SF6气体寿命特长，约3400年。现今，每年排放到大气中的CO2气体约210亿，而每年排放到大气中的六氟化硫(SF6)气体相当于1.25亿吨CO2气体。
[0003] 现在电力是人们生活不可缺少的一部分，气体绝缘金属封闭输电线路是解决特殊地理环境输电的有效方案，气体绝缘输电管道需要满足在不同的环境和地区的应用需求。传统GIL主要采用SF6作为绝缘气体，由于环境区域不同，所需要的绝缘介质的
液化温度不同，输电管道中的绝缘气体的种类和最佳比例、气压也不相同，而现有的SF6替代气体的应用范围较窄。
发明内容
[0004] 1.要解决的技术问题
[0005] 基于现在电力是人们生活不可缺少的一部分，气体绝缘金属封闭输电线路是解决特殊地理环境输电的有效方案，气体绝缘输电管道需要满足在不同的环境和地区的应用需求。传统GIL主要采用SF6作为绝缘气体，由于环境区域不同，所需要的绝缘介质的液化温度不同，输电管道中的绝缘气体的种类和最佳比例、气压也不相同，而现有的SF6替代气体的应用范围较窄的问题，本申请提供了一种六氟化硫替代气体选择方法。
[0006] 2.技术方案
[0007] 为了达到上述的目的，本申请提供了一种六氟化硫替代气体选择方法，所述方法包括如下步骤：
[0008] 步骤1：通过环保指标对六氟化硫替代气体进行筛选；
[0009] 步骤2：对比六氟化硫绝缘性能，选择替代气体种类、配比和应用的压强；
[0010] 步骤3：根据气体的宏观绝缘性能，针对直流输电管道的
电场形式和结构，评价优选用于直流气体绝缘金属封闭输电线路的替代气体；
[0011] 步骤4：根据替代气体的液化温度，对替代气体进行分类；
[0012] 步骤5：划分不同的使用环境区域，对替代气体进行选择，同时对替代气体的比例、压强进行调整。
[0013] 可选地，所述步骤1中筛选出的替代气体包括c-C4F8混合气体、CF3I混合气体、C3F7CN混合气体和SF6/N2混合气体。
[0014] 可选地，所述步骤1中筛选出的替代气体通过稳态汤逊法获得替代气体微观放电参数，以电离和
吸附系数为指标，衡量并得到绝缘性能。
[0015] 可选地，所述步骤1中环保指标包括
全球变暖潜能值、消耗臭
氧潜能值和毒性。
[0016] 可选地，所述步骤4中将替代气体分为C3F7CN/CO2混合气体和SF6/N2混合气体。
[0017] 可选地，所述步骤5中不同的使用环境区域包括严寒地区、正常户外和正常户内。
[0018] 可选地，所述严寒地区的环境耐受温度为-50℃，所述正常户外的环境耐受温度为-30℃，所述正常户内的环境耐受温度为-10℃。
[0019] 可选地，所述严寒地区的替代气体为0.7MPa，20％SF6/80％N2混合气体，所述正常户外的替代气体为0.7MPa，4％C3F7CN/96％CO2，所述正常户内的替代气体为0.6～0.7MPa，C3F7CN含量为6％～8％的C3F7CN/CO2的混合气体。
[0020] 3.有益效果
[0021] 与
现有技术相比，本申请提供的一种六氟化硫替代气体选择方法的有益效果在于：
[0022] 本申请提供的一种六氟化硫替代气体选择方法，通过环保指标，对比六氟化硫绝缘性能，根据气体的宏观绝缘性能，然后根据不同的使用环境区域，对六氟化硫替代气体进行一步步选择，得出不同环境区域用于直流气体绝缘金属封闭输电线路的替代气体。
具体实施方式
[0023] 在下文中，将对本申请的具体
实施例进行详细地描述，依照这些详细的描述，所属领域技术人员能够清楚地理解本申请，并能够实施本申请。在不违背本申请原理的情况下，各个不同的实施例中的特征可以进行组合以获得新的实施方式，或者替代某些实施例中的某些特征，获得其它优选的实施实施方式。
[0024] 全球变暖潜能值(GWP)，基于充分混合的
温室气体辐射特性的一个指数，用于衡量相对于二氧化
碳的，在所
选定时间内进行积分的，当前大气中某个给定的充分混合的温室气体单位
质量的辐射强迫。
[0025] 消耗臭氧潜能值ODP(OZONE DEPRESSION POTENTIAL),表示大气中氯氟碳化物质对臭氧破坏的相对能力，以R11为1.0。ODP值越小，制冷剂的环境特性越好。
[0026] SF6绝缘气体的绝缘性能一般到达SF6气体的70％～80％，由于直流气体绝缘输电线路中绝缘子存在不可忽略的电荷积聚问题，会导致电场畸变，诱发盆式绝缘子沿面闪络，且闪络
电压下降10％左右。因此，在替代气体的选择上，其绝缘强度应较交流应用更为严苛，以气体的击穿场强和直流闪络最大场强两项指标相对于0.4MPa，SF6气体绝缘强度的95％为选择下限。
[0027] 本申请提供一种六氟化硫替代气体选择方法，所述方法包括如下步骤：
[0028] 步骤1：通过环保指标对六氟化硫替代气体进行筛选；
[0029] 步骤2：对比六氟化硫绝缘性能，选择替代气体种类、配比和应用的压强；
[0030] 步骤3：根据气体的宏观绝缘性能，针对直流输电管道的电场形式和结构，评价优选用于直流气体绝缘金属封闭输电线路的替代气体；
[0031] 步骤4：根据替代气体的液化温度，对替代气体进行分类；
[0032] 步骤5：划分不同的使用环境区域，对替代气体进行选择，同时对替代气体的比例、压强进行调整。
[0033] 这里的替代气体，都是在绝缘气体的范围内，也就是说，替代气体一定是绝缘气体，满足绝缘介质的功能。同时，本申请中涉及的替代气体均为混合气体，但也不排除有其他形式的替代气体出现。
[0034] 可选地，所述步骤1中筛选出的替代气体包括c-C4F8混合气体、CF3I混合气体、C3F7CN混合气体和SF6/N2混合气体。
[0035] 可选地，所述步骤1中筛选出的替代气体通过稳态汤逊法获得替代气体微观放电参数，以电离和吸附系数为指标，衡量并得到绝缘性能。
[0036] 可选地，所述步骤1中环保指标包括全球变暖潜能值、消耗臭氧潜能值和毒性。这里的环保指标还可以包括别的要求指标。
[0037] 可选地，所述步骤4中将替代气体分为C3F7CN/CO2混合气体和SF6/N2混合气体。
[0038] 可选地，所述步骤5中不同的使用环境区域包括严寒地区、正常户外和正常户内。
[0039] 可选地，所述严寒地区的环境耐受温度为-50℃，所述正常户外的环境耐受温度为-30℃，所述正常户内的环境耐受温度为-10℃。
[0040] 可选地，所述严寒地区的替代气体为0.7MPa，20％SF6/80％N2混合气体，所述正常户外的替代气体为0.7MPa，4％C3F7CN/96％CO2，所述正常户内的替代气体为0.6～0.7MPa，C3F7CN含量为6％～8％的C3F7CN/CO2的混合气体。在严寒地区，使用20％SF6/80％N2混合气体，大大减少了SF6气体的使用。
[0041] 不同环境区域直流输电管道中替代气体的应用：
[0042] 1)：将直流输电管道密封，通过机械
泵将直流输电管道内气压抽至10Pa以下；
[0043] 2)：根据直流输电管道的使用环境区域，充入相应比例的气体。
[0044] C3F7CN气体是一种氟腈类气体，其分子结构中包含了C-C、C-F和C≡N三种键，是一种较稳定的分子结构。C3F7CN气体的
密度为8.11kg/cm3，是一种无色、无味、不可燃、电负性强、化学
稳定性高的气体，标准状态下，C3F7CN的相对
介电强度约是SF6的1.9倍，其GWP值只有SF6的9.4％，且其臭氧消耗潜能值(ODP)为0。然而其沸点温度较高，常压情况下，沸点温度只有-4.7℃，无法以单一气体的形式替代SF6，需要与CO2、N2等缓冲气体混合使用。
[0045] 在-40℃～0℃温度范围内，C3F7CN/CO2混合气体中C3F7CN摩尔分数n相同时，其液化温度随着气压的升高而升高；而在相同气压条件下，混合气体的液化温度随着摩尔分数n的增加而升高。C3F7CN/CO2混合气体的液化温度与气压、C3F7CN气体占混合气体摩尔分数均呈正相关。当混合气体气压分别为0.7MPa，
环境温度为--20℃和-30℃时，C3F7CN气体占混合气体摩尔分数分别至多为0.078、0.051。
[0046] C3F7CN/CO2混合气体的绝缘子闪络电压也呈现出随气压升高而增长的趋势，在相同气压下，4％C3F7CN/96％CO2混合气体中绝缘子负极性闪络电压高于正极性闪络电压，而8％C3F7CN/92％CO2混合气体中绝缘子负极性闪络电压低于正极性闪络电压。717.83kPa时
4％C3F7CN/96％CO2混合气体的负极性直流绝缘子闪络电压最高；C3F7CN/CO2混合气体的负极性局放起始电压都大于正极性局放起始电压，且均高于SF6气体。
[0047] 基于PR(Peng-Robinson)方程和Van Der Vaals混合规则建立了二元混合替代气体液化
温度计算模型，得到了0.4～1.20MPa气压范围内不同配比的C3F7CN/CO2混合气体的液化温度；对C3F7CN/CO2混合气体进行了均匀电场的气隙击穿和绝缘子闪络试验，得到不同气体组份以及气压与绝缘性能的关系；而且还采用维米尔
对流换热模型计算了GIL内C3F7CN混合气体的
传热性能，并与SF6混合气体进行了对比。从气体的液化特性、绝缘性能和传热性能来看，C3F7CN/CO2混合气体可替代SF6气体应用于直流输电管道。
[0048] 0.7MPa，20％SF6/80％N2混合气体的液化温度为-63.4℃，可应用于严寒地区；0.7MPa，4％C3F7CN/96％CO2，液化温度为-34.1℃，可适用于绝大部分地区的直流气体绝缘输电管道，实现SF6气体的完全替代；气压0.6～0.7MPa，C3F7CN含量为6％～8％的C3F7CN/CO2的混合气体绝缘性能较4％C3F7CN/96％CO2混合气体的绝缘性能强，为0.4MPa下SF6气体的
101％～123％，由于其液化温度区间为(-19.4℃，-25.5℃)，可以应用在室内条件下及最低温度较高的南方地区。在SF6/N2混合气体C3F7CN/CO2混合气体同时满足应用的环境下，由于SF6气体存在温室效应，优先选择C3F7CN/CO2混合气体。环保型直流输电管道用替代气体的应用原则和选择建议如表1所示。
[0049] 表1环保型SF6替代替代气体在直流GIL中的应用
[0050]
[0051] 注①绝缘强度I：0.4MPa，SF6气体下直流
击穿电压的相对值
[0052] ②绝缘强度II：0.4MPa，SF6气体下直流闪络电压的相对值
[0053] 本申请提供的一种六氟化硫替代气体选择方法，通过环保指标，对比六氟化硫绝缘性能，根据气体的宏观绝缘性能，然后根据不同的使用环境区域，对六氟化硫替代气体进行一步步选择，得出不同环境区域用于直流气体绝缘金属封闭输电线路的替代气体。
[0054] 尽管在上文中参考特定的实施例对本申请进行了描述，但是所属领域技术人员应当理解，在本申请公开的原理和范围内，可以针对本申请公开的配置和细节做出许多
修改。本申请的保护范围由所附的
权利要求来确定，并且权利要求意在涵盖权利要求中技术特征的等同物文字意义或范围所包含的全部修改。
