SF6气体是一种优良的绝缘和灭弧介质，在中高压设备中有广泛的应用，世界每年生产的SF6气体有80％用于电力设备中。然而，SF6气体具有强烈的的温室效应，其全球温暖化潜能值(GWP)约为CO2气体的23900倍，在1997年签订的《京都议定书》中，将SF6气体列为受限制使用的六种气体之一。寻找SF6的替代气体以减少其使用，已成为研究人员的共识。采用c-C4F8气体及与N2、CO2等的混合气体替代SF6气体用于电力设备，受到了国内外研究人员的关注。　　 本文以c-C4F8气体及c-C4F8与N2、CO2混合气体为研究对象，以麦也尔(Mayr)方程为基础，测量了气体的灭弧时间常数及散热功率，通过与SF6参数的比较，从理论上说明c-C4F8与CO2混合气体灭弧性能的强弱，以此为基础并结合前人研究结果，探讨了使用c-C4F8与N2、CO2混合气体替代SF6气体用于气体绝缘封闭开关、旋弧式断路器及压气式断路器等电力设备的可行性。此外，对c-C4F8气体及其与N2混合气体在局部过热、电晕放电、火花放电及电弧放电等故障下的故障产物组分，及产物产量的比值进行了研究，并提出基于比值法的故障判断方法，为使用氟碳气体与N2混合气体的电气设备的故障检测提供了基础。　　 首先研究了混合气体电弧前后的绝缘性能，并对加入N2、CO2气体的混合气体在电弧放电过程中对碳单质产生的影响进行了分析。结果显示，c-C4F8与N2及CO2混合气体绝缘性能相差不大。另外，CO2气体对碳单质的产生抑制效果更好，且CO2含量越大，效果越好。因此，单从绝缘性能及电弧放电时对碳单质的抑制能力来看，使用c-C4F8与CO2混合气体是最佳选择，但结合环保因素，c-C4F8与N2混合气体适用于单纯绝缘的场合;此外，由于c-C4F8与N2混合气体在电弧后绝缘性能下降，使用其作为灭弧介质难度较大，因此文中选择c-C4F8与CO2混合气体作为研究对象，对其灭弧性能进行了深入研究。以电弧黑盒模型中应用最广泛的Mayr模型为基础，在实验模型上测量了c-C4F8气体及c-C4F8与CO2混合气体的电弧参数，并与SF6气体电弧参数进行对比。结果显示，c-C4F8与CO2混合气体电弧过零前10μs电弧时间常数为SF6气体的1.22倍，散热功率常数为SF6气体的0.75倍，因此灭弧性能比SF6气体弱。　　 其次，结合计算机仿真计算及实验研究的方法，对c-C4F8与N2混合气体用于气体绝缘开关、c-C4F8与CO2混合气体用于旋弧式断路器及压气式断路器进行了应用分析。1）通过对绝缘性能、散热性能等方面的计算，研究了c-C4F8与N2混合气体替代SF6气体后对气体绝缘开关柜的影响;结果显示，使用20％c-C4F8与N2混合气体替代SF6气体用于气体绝缘封闭开关，其GWP变为纯SF6气体的7.5％;而充气压力需提高到替代前气体压力的约1.13倍，才能保证绝缘性能变化不大;其散热系数变为纯SF6气体的85.5％，通流能力有所下降。2）通过对旋弧式断路器开断主要影响因素的分析，探讨了在使用c-C4F8与CO2混合气体替代SF6气体后旋弧式断路器灭弧性能的变化，并在合成试验回路上进行了实验验证;结果显示，使用c-C4F8与CO2混合气体替代SF6气体用于旋弧式断路器，具有一定的可行性，但需对旋弧灭弧结构等做一定优化设计以提高其开断能力。3）通过对压气式断路器开断过程中，气压变化及喷口气体质量流量的分析，考察了使用c-C4F8与CO2混合气体替代SF6气体后对压气式断路器灭弧性能的变化;结果显示，使用c-C4F8与CO2混合气体替代SF6气体用于压气式断路器难度较大，所需的操作机构的操作功率，开断速度，喷口直径及气缸面积、体积等需有较大变化。　　 最后，本文还研究了c-C4F8气体及c-C4F8/N2混合气体在常见电气故障下分解产物的组分含量，并提出基于故障分解气体的故障判断方法。文中通过实验的方法模拟了电气设备中常见的局部过热、电晕放电、火花放电及电弧放电等故障，并采用气相色谱质谱联用(GC/MS)的方法分析故障产物，得出产物组分及含量，进而类比变压器油中溶解气体分析(DGA)技术，提出基于气体故障产物的故障判断方法。实验结果显示，可通过检测故障产物组分类型来区分过热性故障与放电性故障，同时，根据故障产物含量的比值来判断不同类型的放电性故障有一定的可行性。