项目申请建设可行性研究报告及建设可行性研究报告环境温度急剧变化对gisgil运行性能影响情况Word格式文档下载.docx
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申请日期:
2012年7月
简 表
项目名称
项目负责 人
姓名
单位(部门)
性别
男
年龄
专业
职称
项 目
分类
技术
攻关
新技术
开发
新产品
试制
技术引进
消化吸收
应用理论
基础研究
软科学
研究
推广
√
项目组
人数
其中
高级职称
中级职称
研究生
初级职称
协作单位
重庆大学
协作形式
申请金额(万元)
37
研究起止年月
2013年01月至2013年12月
资助
37万元
自 筹
项目内容
、
意义和预期成果摘要
[项目内容]
深入开展环境温度急剧变化对组合电器运行性能影响机理的研究,并在影响机理的基础上提出相应对策,为建立大型电气设备安全运行的实用化技术提供科学依据。
主要从以下几个方面开展研究工作:
1.吸附剂对组合电器内微水含量的影响规律
在SF6气室内放置适量的吸附剂,可以减少气室内微水含量,从而保证设备运行安全。
吸附剂的种类主要有活性炭、活性氧化铝以及分子筛。
然而实际工程中通常是取SF6气体重量的10%-15%的数量作为吸附剂的用量。
为对以上几种吸附剂进行深入分析,研究其吸附剂类型、放置重量以及放置位置等因素对组合电器内微水含量的影响规律是非常有必要的。
2.组合电器在温度急剧变化时气体微水含量及凝露特性研究。
SF6气体中微水含量过多将对组合电器运行及维护产生严重影响。
研究在不同高温天气下的组合电器中SF6气体中水分含量的变化,构建气体微水含量在温度急剧变化下的特性曲线。
同时研究在环境温度急剧变化下的组合电器中SF6气体中水分凝露的特性,通过仿真与实验研究,构建气体凝露在温度急剧变化下的特性曲线。
3.组合电器在高温下的水汽运动规律研究。
组合电器设备由于是分割为若干个独立气室,其气室结构一般分为水平结构和垂直结构。
在长距离的水平结构以及垂直结构下,随着温度的升高,其内部气体的水汽以及SF6产生的分解物具有一定的运动规律。
而一般针对垂直气室结构来说,其检测组合电器内气体状态的取其口一般位于气室下方,这种设计是否能对气室内部的气体状态的真实性进行检测,是否需要对其进行优化设计,本项目构建了组合电器的L型结构,将其分为两个独立的气室,在不同运行温度下,对长气室内的水汽运行规律进行深入细致的研究,建立下方取气口微水含量与气室上方微水含量间对应关系的经验公式。
4.提出在环境温度急剧变化下组合电器的相应监测手段和防护措施。
根据重庆地区夏季天气温度高的情况,针对本地区高温天气下为防止组合电器中气体微水含量过高,在温度急剧变化情况下为防止凝露现象的发生,提出相应的监测手段,如对长距离气室的取气口进行优化设计,对长间隔进行优化布局等。
以及一些防护措施,如吸附剂的位置进行优化设计和对其剂量进行准确计算等工作。
[项目意义]
近年来,由于城市规模不断扩大,土地的使用越来越紧张,在城市中建设开放性变电站也越来越困难,因而,以六氟化硫气体为灭弧介质的气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear,简称GIS)为主的室内变电站成了城市供电的主要形式。
纯净的SF6是一种无色、无臭、无毒、化学性能稳定、不会燃烧的气体。
在电气性质上具有绝缘性能良好、无火灾危险、灭弧性能好等诸多优点。
因此随着电力行业的迅猛发展,以SF6气体为灭弧介质的GIS设备有了非常广泛的应用。
但是如果气室中SF6气体中含水量过多,就会对设备运行及维护产生危害,因此,必须严格控制气室中SF6气体的含水量。
气室中SF6的含水量过多时,产生以下三个方面的危害:
(1)含水量较高时很容易在绝缘材料表面凝露,造成绝缘性能下降,严重时发生闪络击穿。
在电弧作用下生成的酸性物质具有强腐蚀性,对固体有机材料和金属有腐蚀作用,促使绝缘缺陷进一步劣化,最终易导致故障,缩短了设备寿命。
(2)含水量较高的气体在电弧作用下产生的化合物影响SF6气体的纯度,灭弧能力将会受影响。
(3)含水量较高的气体在电弧作用下生成有毒有害物质,直接威胁人体健康。
在压力一定的情况下,当温度变化时,气体中的水分会随温度变化而变化。
GIS内壁、导电杆、绝缘子等随环境温度的升高会向SF6气体中释放水分子,反之则会吸附气体中的水分子。
然而,对于封闭良好的设备,SF6气体中所含水分与设备内腔表面吸附的水分的总和几乎是不变的。
因此环境温度的升降对SF6气体的水分含量有显著的影响。
这种影响是通过水分子的扩散运动在一定时间内完成的。
只有当一定温度下的扩散达到平衡时,SF6气体中水分含量才保持相对稳定。
因此,SF6水分含量的变化滞后于引起其变化的环境温度的变化。
大量GIS故障实例表明,当环境温度缓慢降低,SF6水分被内壁材料逐渐吸收,GIS不容易出现凝露。
但是,当环境温度突然降低时,SF6中水分来不及被内壁材料吸收,出现凝露就很难避免。
2011年9月,500kV陈家桥变电站3#主变GIL连接引线对地短路造成该主变跳闸事故,正是由于某气室内SF6气体微水含量超标,导致该气室套管下端水平盆式绝缘子的触头屏蔽罩沿盆式绝缘子表面对壳体内壁(地)放电击穿,导致GIL对地短路,从而造成该主变保护跳闸。
为查找盆式绝缘子放电原因,在盆式绝缘子上取四种不同类型的样品,通过红外光谱仪对上述四种样品进行测量,并得到各自的红外谱图,如图1所示。
所取样品分别为未发生放电的绝缘子表面物,绝缘子表面发生放电痕迹处表面物,绝缘子表面黑色生成物以及绝缘子放电后脱落的粉末状物质。
图1四种样本的红外对比谱图
为便于比较分析,将放电后粉末与未放电样品的红外谱图进行对比分析,如图2所示。
可以看出,新增的波数为565.8的峰,为Fe3O4峰,有可能是绝缘子在剧烈的沿面放电过程中使屏蔽罩螺帽(主要成分为Fe)和气室内的氧气发生反应生成该物质,说明该气室中可能有氧气或者水分的超标。
图2未放电样品和放电后粉末红外对比谱图
而究其引起水分超标的主要原因,是因为故障前连日均为40℃左右的高温天气,而这种情况下,其地表温度可达到60℃左右,由于GIL由于无任何隔热措施,导致设备内温度大幅升高,则其内壁、导电杆、绝缘子等将向SF6气体中释放大量水分,而在事故前日,气温骤降,由于SF6水分含量的变化滞后于引起其变化的环境温度的变化,多余的水分不能及时被内壁材料吸收,导致SF6气体中水分饱和点降低,在事故日气温进一步下降,导致水分达到饱和状态。
当饱和状态的气体与绝缘子或导体表面接触后,SF6中水汽就易凝结在所接触的导体和绝缘子表面,产生凝露现象。
当凝露附着在盆式绝缘子表面上时,使得造成绝缘子的沿面闪络电压极大地降低,从而导致事故发生。
综上所述,环境温度的急剧变化对GIS气室内的SF6气体的含水量产生严重的影响。
由于重庆地区夏季天气炎热,在环境温度急剧升高的情况下,GIS内壁、导电杆、绝缘子会向SF6气体中释放水分子,导致SF6气体含水量不断升高,当造成其微水含量超标的情况下,GIS就运行在非常危险的状态。
与此同时,由于SF6水分含量的变化滞后于引起其变化的环境温度的变化,当此时由于天气原因,产生气温骤降,由于气体内水分不能通过充分的扩散运动,将有可能产生凝露现象,最终造成放电击穿,破坏GIS的绝缘结构,造成严重事故的发生。
所以,深入开展环境温度急剧变化对组合电器运行性能影响机理的研究,并在影响机理的基础上提出相应对策,具有重要的理论和实际意义。
[预期成果]
拟在以下几个方面取得预期的研究结果:
1.深入开展在温度急剧变化下GIS气室内气体微水及凝露特性研究,并提出适合重庆地区夏季温度急剧变化下的GIS防护措施,提供相关理论研究报告一份。
2.在国内外核心刊物或国际会议上发表学术论文2篇。
一、本研究项目的科技依据(包括科技意义和应用前景,国内外研究概况、水平和发展趋势;
应用理论基础研究项目应阐述学术思想,立论根据,特色或创新之处,主要参考文献目录及出处;
推广项目说明成果成熟程度,适用范围,以及成果的知识产权等问题)
[项目背景]
以六氟化硫(SF6)为绝缘介质的高电压电气设备以其优越性的电气性能,近年来在电力行业得到广泛的应用,如全封闭组合电器(GIS)、高压断路器等,其电压等级也从10kV发展到500kV。
六氟化硫电气设备具有运行可靠、维护量少、节省场地、能适应环境要求、抗盐污等优良特性。
常态下,SF6气体无色无味,纯净SF6气体,在运行中,受电弧放电或高温后,会分解成单体的氟、硫和氟硫化合物,电弧消失后会又化合成稳定的SF6气体。
当气体中含有水分时,出现的氟硫化合物会与水反应生成腐蚀性很强的氢氟酸、硫酸和其他毒性很强的化学物质等,危及维护人员的生命安全,对断路器的绝缘材料或金属材料造成腐蚀,使绝缘劣化,甚至发生设备爆炸。
当气温骤降时,高压设备内SF6气体过量水可能凝结在固体介质表面而发生闪络,严重时造成高压设备发生爆炸事故。
通过对全封闭组合电器SF6气体微水超标原因的分析,在安装过程中,在设备安装过程中就采取相应的预防控制措施,减少SF6气体中的水分,从而对GIS设备进行安全防护。
[应用前景]
解决环境温度急剧变化对组合电器运行性能影响机理,并提出相应的GIS设备防护措施,可以完善丰富GIS在不同状态下的运行维护理论,为实现GIS设备安全运行提供理论基础和技术支持。
开展环境温度急剧变化对组合电器运行性能影响机理及对策研究具有重要的意义,该研究可避免突发性故障导致电网大面积停电事故,提高供电可靠性。
因此,该项目在国内有着良好的推广应用前景。
该研究成果在各电力生产部门推广应用后,可进一步提高电力系统供电的可靠性,避免或减少停电事故的发生,提高设备利用率,降低不必要的大量人力资源浪费,带来巨大的社会经济效益。
本成果适用于电力行业的GIS变电站,蕴含有很高的科技价值和广阔的市场前景,在转化为高新技术产业后,可以发展和带动一些与本成果相关的高新技术企业,展示我国在电气设备在线监测及故障诊断技术领域内的科技创新能力。
[国内外研究概况]
近年来,由于城市规模不断扩大,土地的使用越来越紧张,在城市建设开放性变电站变得越来越困难,因而,以SF6气体作为绝缘介质的气体绝缘组合电器(GasInsulatedSwitchgear,简称GIS)为主的室内变电站成了城市供电的主要形式。
SF6气体是GIS的主要绝缘介质,是世界上目前最优良的绝缘介质和灭弧介质。
它不但具有高耐电强度,还有良好的理化特性。
它无色、无味、无嗅、无毒、不燃烧;
在常温常压下,化学性能稳定;
与传统绝缘介质相比,其绝缘性能和灭弧性能都要好得多。
我国制定了GB8905《六氟化硫电气设备中气体管理和检测导则》;
原能源部制定了SD305-89和SD306-89《六氟化硫气体中水分含量测定法》。
设备中六氟化硫的水分许可含量标准见表1。
国内外现有的关于六氟化硫气体水分含量的标准规定,测量水分含量的环境温度为20℃,而现场测试时的环境温度往往高于2
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