【摘 要】
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SF6气体广泛应用于气体绝缘开关设备（Gas Insulated Substation,GIS）、气体绝缘线路（Gas Insulated Transmission Line,GIL）等电气设备中,然而由于其极强的温室效应,为削减SF6使用量,工程上急需寻找可以替代SF6的环保气体。全氟戊酮(C5F10O)气体因其优良的环保性能和较强的绝缘强度有潜力成为SF6的替代气体,但由于C5F10O气体液化
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SF6气体广泛应用于气体绝缘开关设备（Gas Insulated Substation,GIS）、气体绝缘线路（Gas Insulated Transmission Line,GIL）等电气设备中,然而由于其极强的温室效应,为削减SF6使用量,工程上急需寻找可以替代SF6的环保气体。全氟戊酮(C5F10O)气体因其优良的环保性能和较强的绝缘强度有潜力成为SF6的替代气体,但由于C5F10O气体液化温度较高,必须与缓冲气体配合,在保证液化温度的情况下,有必要研究C5F10O混合气体的绝缘配合以实现较高的绝缘性能。目前关于C5F10O混合气体击穿特性与不同影响因素的研究较少,且缺乏系统的方式进行绝缘配合的选择。本文对C5F10O混合气体进行全面的工频和直流击穿试验研究,得到不同电场均匀度、气压、分压比下C5F10O混合气体的击穿特性,并与纯SF6对比,分析得到混合气体的SF6相对绝缘强度,并基于以上数据构建SF6可替代性评价模型,实现对C5F10O混合气体绝缘配合的最优选择,指导工程实践,本文主要工作和结论如下:（1）根据C5F10O混合气体的工频和直流击穿试验相关要求设计了试验的电气结构,气路连接,试验腔体等,搭建了试验平台。同时讨论分析了电场均匀度、气压、分压比等影响因素,根据液化温度要求,确定C5F10O分压比最高为25 k Pa,计算得到C5F10O混合气体的全球变暖指数（GWP）值均在1以内,具有良好的环保特性。（2）基于已搭建的试验平台,进行工频和直流下C5F10O混合气体击穿试验并分析其SF6相对绝缘强度,结果表明:提高压强和分压比可提升C5F10O混合气体的击穿电压。准均匀场下,C5F10O/CO2混合气体在0.1-0.2 MPa下击穿电压较高,25 k Pa时工频和直流下SF6相对绝缘强度分别为99%和96%;大于0.2 MPa时,C5F10O/N2混合气体的击穿电压更大,但与纯SF6绝缘性能仍存在一定差距。非均匀场下,C5F10O/CO2混合气体的击穿电压显著大于C5F10O/N2混合气体。15-25 k Pa时,C5F10O/CO2混合气体的SF6相对绝缘强度在0.1-0.4 MPa范围内均在80%左右。加入O2可以在一定程度提高气体的击穿电压、稳定性,降低分散性,对0.1-0.2 MPa下的C5F10O/CO2混合气体尤为有效。（3）基于试验研究结果,拟合得到不同C5F10O混合气体下SF6相对绝缘强度关于分压比和气体压强的三元函数,并绘制出SF6相对绝缘强度-分压比-气压三维关系图与等高线表征图,同时计算得到C5F10O混合气体SF6可替代系数和SF6可替代区域,结果表明:三元拟合函数可有效预测0.1-0.6 MPa气压范围内,5-25 k Pa分压比下不同C5F10O混合气体的SF6相对绝缘强度,并且通过等高线表征图可得到不同C5F10O混合气体的SF6可替代区域。C5F10O/CO2混合气体的SF6相对绝缘强度替代系数k要大于C5F10O/N2混合气体,更适合替代SF6气体。同时通过加入O2,可以显著提升准均匀场下C5F10O/CO2混合气体的SF6可替代系数k,从而扩大SF6可替代区域,使得可替代区域内的最小分压比减小,液化温度降低,应用范围更加广泛。
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