电力行业气体绝缘设备中SF6替代气体研究现状综述

DQZHAN技术讯：电力行业气体绝缘设备中SF6替代气体研究现状综述

较高的温室效应使得六氟化硫(SF6)在气体绝缘设备中的使用受到限制，寻找替代气体成为电力行业的研究热点。本文总结目前研究的主要替代气体及取得的进展，分析不同替代气体在工程应用上的适用范围和局限性提出SF6替代气体当前的发展趋势和应用前景。

2 研究背景

SF6温室效应潜在值GWP是CO2的23900倍，在大气中的存活寿命为3400年。到目前为止，大气中SF6气体的含量以每年8.7%的速度增长，气体占温室气体总排量已经超过15%，SF6排放的主要来源来自电气设备，约占总含量的70%。1997年《京都议定书》中要求到2020年基本限制SF6气体的使用。另外分解产物的毒性也使得寻找SF6替代气体在气体绝缘设备中使用成为电网发展的迫切要求。

图1 历年电力电源新增装机容量及SF6需求量趋势预测

3 论文主要内容

目前主要研究的替代气体有三类：常规气体(空气、N2和CO2)、SF6混合气体和强电负性气体及其混合气体。针对三类气体除了气体本身的理化性质，还进行了电气性能方面的试验和理论探究见图2所示。首先是从试验数据直观了解不同气体的绝缘性能和灭弧性能。理论方面主要从微观层面分析气体的分子结构评估气体的绝缘性能，结合局部热动力学方程计算微观粒子的热动力学参数和输运参数，判断气体的灭弧性能，并与SF6进行比较，为替代的可能性提供理论支撑。除此之外，气体的分解性能的研究，也是评估气体在设备中使用的**性和自恢复性能的重要内容。

图2 替代气体的主要研究内容

表1 目前主要替代气体的基本性质

常规气体虽然性质稳定，绝缘强度小于SF6的40%，在部分中低压设备中作为绝缘介质可以替代SF6。SF6混合气体基本可以满足设备的绝缘性能要求，且降低了液化温度适用于高寒地区，但是不能彻底避免SF6的使用，无法从根本上解决温室效应问题。电负性气体的液化温度普遍较高，需要混合缓冲气体使用。近年来，本团队对C4F7N、C5F10O和C6F12O等新型绝缘气体绝缘性能、放电和过热分解特性、分解产物**性及微水和微氧等关键影响因素对其作用机制等开展了深入研究，初步提出了适用于不同应用场景的替代气体方案，并对新型绝缘气体协同性及与固体材料相容性展开研究。

4展望

现有替代气体单一使用会有局限性，未来绝缘气体的使用或采用多元混合和气体固体相结合的方式。虽然替代气体的绝缘性能取得了一定的成果和工程实践，而对于灭弧能力并没有较大的突破，进一步探索替代气体的灭弧性能是未来研究的重点。