【摘 要】
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全氟异丁腈气体(C4F7N)具有良好的环保的特性和优异的电气性能,成为替代SF6气体的新型绝缘环保介质的热门研究对象。C4F7N及其混合气体的分解特性是衡量其是否能够替代SF6的关键,对C4F7N的工程应用具有十分重要的意义。本文针对环网柜中C4F7N/CO2混合气体的燃弧分解特性开展研究。本文首先基于12k V环网柜对C4F7N/CO2混合气体进行了燃弧实验,对微正压下混合气体的分解特性进行了研
【基金项目】
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国家自然科学基金项目微正压环境下C4F7N/CO2混合气体燃弧特性及分解效应研究(项目编号:51977022);
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全氟异丁腈气体(C4F7N)具有良好的环保的特性和优异的电气性能,成为替代SF6气体的新型绝缘环保介质的热门研究对象。C4F7N及其混合气体的分解特性是衡量其是否能够替代SF6的关键,对C4F7N的工程应用具有十分重要的意义。本文针对环网柜中C4F7N/CO2混合气体的燃弧分解特性开展研究。本文首先基于12k V环网柜对C4F7N/CO2混合气体进行了燃弧实验,对微正压下混合气体的分解特性进行了研究。采用气相色谱-质谱技术对混合气体的环网柜燃弧分解产物进行了测试与分析。测试结果确定了混合气体燃弧后的分解产物种类,包括CF4、C3F8、C2F3N、C3F6、C4F10、C3F5N、C4F8、C2N2、C5F12等物质。分解产物的生成量与燃弧次数呈正相关性,不同气体混合比的分解产物在种类和含量上各有差异,各类分解产物在生成时间上存在先后顺序。产物C5F12是该实验条件下的特征产物,产物C4F8是C4F7N的混合比较高时的特征产物。其次基于热力学平衡原理,利用密度泛函理论(DFT)计算和反应分子动力学模拟对C4F7N/CO2混合气体的分解机理进行了理论研究。通过量子化学计算,从分子能量角度对C4F7N的分解路径进行了计算与推测,确定C4F7N的分解机理的实质是与碳链相连的自由基的取代过程。通过反应分子动力学模拟对C4F7N/CO2混合气体在温度变化下的分解过程进行了动态分析,得到了C4F7N分解过程中自由基数量的动态变化情况。结合计算与模拟结果,分析了C4F7N的分解路径,揭示了完整的C4F7N的分解过程。最后对C4F7N/CO2混合气体的分解产物的绝缘性能进行了计算,对分解产物的形成规律以及混合气体电气性能老化进行了初步研究。计算结果表明,主要分解产物的绝缘强度计算值比C4F7N气体本身要低。通过分析分解产物的反应复杂程度与产物含量之间的关系,得出反应过程总焓变值越低、反应路径越简单、分子本身结构越简单的分解产物,其相对生成量也会越多。本文通过确定产物的种类及其生成量之间的比例关系,得出一种判断C4F7N/CO2混合气体的电气性能老化程度的新方法,可以为气体老化判断提供参考依据。
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