DQZHAN技術(shù)訊：電力行業(yè)氣體絕緣設(shè)備中SF6替代氣體研究現(xiàn)狀綜述
較高的溫室效應(yīng)使得六氟化硫(SF6)在氣體絕緣設(shè)備中的使用受到限制，尋找替代氣體成為電力行業(yè)的研究熱點(diǎn)。本文總結(jié)目前研究的主要替代氣體及取得的進(jìn)展，分析不同替代氣體在工程應(yīng)用上的適用范圍和局限性提出SF6替代氣體當(dāng)前的發(fā)展趨勢和應(yīng)用前景。
2 研究背景
SF6溫室效應(yīng)潛在值GWP是CO2的23900倍，在大氣中的存活壽命為3400年。到目前為止，大氣中SF6氣體的含量以每年8.7%的速度增長，氣體占溫室氣體總排量已經(jīng)超過15%，SF6排放的主要來源來自電氣設(shè)備，約占總含量的70%。1997年《京都議定書》中要求到2020年基本限制SF6氣體的使用。另外分解產(chǎn)物的毒性也使得尋找SF6替代氣體在氣體絕緣設(shè)備中使用成為電網(wǎng)發(fā)展的迫切要求。
圖1 歷年電力電源新增裝機(jī)容量及SF6需求量趨勢預(yù)測
3 論文主要內(nèi)容
目前主要研究的替代氣體有三類：常規(guī)氣體(空氣、N2和CO2)、SF6混合氣體和強(qiáng)電負(fù)性氣體及其混合氣體。針對三類氣體除了氣體本身的理化性質(zhì)，還進(jìn)行了電氣性能方面的試驗(yàn)和理論探究見圖2所示。首先是從試驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀了解不同氣體的絕緣性能和滅弧性能。理論方面主要從微觀層面分析氣體的分子結(jié)構(gòu)評估氣體的絕緣性能，結(jié)合局部熱動(dòng)力學(xué)方程計(jì)算微觀粒子的熱動(dòng)力學(xué)參數(shù)和輸運(yùn)參數(shù)，判斷氣體的滅弧性能，并與SF6進(jìn)行比較，為替代的可能性提供理論支撐。除此之外，氣體的分解性能的研究，也是評估氣體在設(shè)備中使用的**性和自恢復(fù)性能的重要內(nèi)容。
圖2 替代氣體的主要研究內(nèi)容
表1 目前主要替代氣體的基本性質(zhì)
常規(guī)氣體雖然性質(zhì)穩(wěn)定，絕緣強(qiáng)度小于SF6的40%，在部分中低壓設(shè)備中作為絕緣介質(zhì)可以替代SF6。SF6混合氣體基本可以滿足設(shè)備的絕緣性能要求，且降低了液化溫度適用于高寒地區(qū)，但是不能徹底避免SF6的使用，無法從根本上解決溫室效應(yīng)問題。電負(fù)性氣體的液化溫度普遍較高，需要混合緩沖氣體使用。近年來，本團(tuán)隊(duì)對C4F7N、C5F10O和C6F12O等新型絕緣氣體絕緣性能、放電和過熱分解特性、分解產(chǎn)物**性及微水和微氧等關(guān)鍵影響因素對其作用機(jī)制等開展了深入研究，初步提出了適用于不同應(yīng)用場景的替代氣體方案，并對新型絕緣氣體協(xié)同性及與固體材料相容性展開研究。
4展望
現(xiàn)有替代氣體單一使用會有局限性，未來絕緣氣體的使用或采用多元混合和氣體固體相結(jié)合的方式。雖然替代氣體的絕緣性能取得了一定的成果和工程實(shí)踐，而對于滅弧能力并沒有較大的突破，進(jìn)一步探索替代氣體的滅弧性能是未來研究的重點(diǎn)。
