N2和六氟化硫混合气体对绝缘性能有何变化？

 

国际大电网会议（CIORE）组成特别工作组织（TASK FORCE D1.03.10），研究了N2/六氟化硫混合气体的绝缘性能及其使用方法，特别在气体绝缘输电管线（GIL）的使用。研究的目的，一方面是减少对温室效应的影响；二是使用混合气体可降低费用，这特别对用气量大的GIL很重要。

研究成果汇编成技术小册子260号（the Technical Brochure No.260）。现将研究结果简述于下。

N2/六氟化硫混合气体具有良好的绝缘性能，即使在六氟化硫含量低的情况下。用六氟化硫气体含量10%~20%，就可以达到适当的绝缘性能，而10%~20%六氟化硫气体含量从技术、生态和环境等方面考虑，用于GIL都是合适的。为了达到纯六氟化硫气体的绝缘强度，只需适当提高压力约45%~70%，而且六氟化硫的用量及其漏气率将减少约70%~85%。由于电极曲率和粗糙度而引起的场强增加也在设备设计中容易考虑。

这种混合气体中，在有杂质存在下的击穿电压略低于具有同等绝缘强度的纯六氟化硫气体。但现有的诊断装置可用于这种混合气体，它比在纯六氟化硫气体具有同等或更高的检测灵敏度。带电件处固定杂质的放电电流和信号发射与纯六氟化硫气体类似。活动杂质的信号发射与气体类型和混合比例无关。

这种混合气体的电流零点灭弧能力及电流开断性能均差，即使是隔离开关对母线小的充电电流的开断能力也会大大降级。先导放电通道更为经常地改变方向。在这种混合气体中比在纯六氟化硫气体中，存在先导放电分支和触头间燃弧时对地闪络的更大风险。对地闪络是由于先导放电在触头中传播时分支的缘故。当触头间的纵向电场突然变成横向电场，而且连续接触头的主先导产生侧向分支形成对地横向电场时，就会出现这种现象。N2/六氟化硫混合气体开断能力差，就是由于先导阶跃比在纯六氟化硫气体中数量多，且先导阶跃变其方向的几率更大的缘故。

国际电工委员会IEC6125标准规定了隔离开关在最严酷条件下开断GIS中母线充电电流的试验程序。一台六氟化硫绝缘隔离开关在550KV和420KV两个电压等级通过了要求的50次开断试验。而在具有同等绝缘强度的N2/六氟化硫混合气体中做试验时，在420KV下合闸仅17次，就发生了两次对地闪络。因此，这种混合气体不适用于任何开断任务。在部分N2/六氟化硫绝缘的GIS中六氟化硫气体的总量可至最少，但执行开断任务的所有所室要充纯六氟化硫气体。因此在GIS中若用N2/六氟化硫混合气体取代六氟化硫气体，得到的将是不经济的技术解决方案，而且也没有生态上的优势。但N2/六氟化硫混合气体适用于不带开断任务的高压设备，并被证明特别适用于GIL。

总之，长期以来，人们为寻找六氟化硫气体的替代气体，进行了大量的研究，但未获成功。研究表明，从绝缘角度看，能替代六氟化硫气体的只有氮气（N2）和空气。它们的绝缘能力仅为六氟化硫气体的三分之一。但用这些气体，则要对设备重新设计，并耗用大量的材料。

N2/六氟化硫混合气体从生态和经济角度看，是个很好的替代气体。N2/六氟化硫混合气体的击穿强度与氮中六氟化硫的浓度及压力有关。从技术上讲，氮的组分至40%，电强度几乎没有什么变差。即使80%N2 20%六氟化硫的混合气体也还有纯N2或空气二倍以上的电强度。

六氟化硫混合气体只能用作绝缘介质，而不能作断路器中的灭弧介质。

9．  六氟化硫混合气体与GIS

六氟化硫/N2混合气体可用于GIS中承担绝缘任务的所有部分，但不能用于需要灭弧的隔室。在GIS中，混合气体可占总容积的20%（最少）至52%（最多），这视设备的结构而定。当纯绝缘隔室充入15%六氟化硫 85%N2混合气体，并将压力从0.4MPa升至0.8MPa时，在保证绝缘强度的情况下，六氟化硫气体的节约量介14%~36.4%之间。

10．六氟化硫混合气体与GIL

充气输电管线（GIL）由同轴铝合金管体组成。管线在地上直接铺设如同管路一样。GIL铝管具有弹性，弯曲半径可在400m以上，而且可任意改变方向，使用弯角组件。各个管段的无气孔连接用导轨焊进行。当铺设长度1200m后进行气室分隔。此时，每个分段用压力传感器监视。GIL欧姆电阻很小，因而热损耗和排入地面的热量很小。GIL的电容也小，输送大容量不需补偿装置。