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环保绝缘气体C3F7CN与密封材料三元乙丙橡胶的相容性研究

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高电压技术 2020年第1期46卷 335-341页

作者：郑哲宇李涵周文俊袁瑞君刘伟何洁武汉大学电气与自动化学院武汉430072 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院合肥230022 中国电力科学研究院有限公司北京100192

三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)是SF6气体绝缘设备中常用的密封材料,若使用环保绝缘气体C3F7CN替代SF6而不改变设备密封材料,首先应确认C3F7CN与EPDM的材料相容性以确保气体绝缘设备的长期安全稳定运行。因此,采... 详细信息

三元乙丙橡胶(ethylene propylene diene monomer,EPDM)是SF6气体绝缘设备中常用的密封材料,若使用环保绝缘气体C3F7CN替代SF6而不改变设备密封材料,首先应确认C3F7CN与EPDM的材料相容性以确保气体绝缘设备的长期安全稳定运行。因此,采用热加速方法进行了C3F7CN与EPDM的相容性试验,测试了橡胶试样的力学性能,并通过傅里叶变换红外光谱、扫描电镜与能谱和气相色谱质谱联用分析了固体与气体的成分变化。试验后发现EPDM试样的应力应变性能严重下降,拉断伸长率降至初始50%以下;表面出现多层断面和裂痕,并存在无机添加剂晶体析出,判断因橡胶结构损伤导致了力学性能劣化。同时EPDM表面氟元素含量大幅增加,红外光谱中出现氟碳基团,气体成分中发现了CO2、C3F6、烃类以及氟代烷烃等分解产物。推测橡胶中碱性添加剂能够使C3F7CN分解,是导致密封材料出现相容性问题的原因之一,在设计和制造气体绝缘设备密封材料时需考虑这一因素。

关键词：环保绝缘气体 C3F7CN EPDM 材料相容性气体绝缘设备

环保绝缘气体C4F7N研究及应用进展Ⅰ:绝缘及电、热分解特性

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电工技术学报 2021年第21期36卷 3535-3552页

作者：李祎张晓星傅明利肖淞唐炬田双双武汉大学电气与自动化学院武汉430072 新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 武汉400068 南方电网公司科学研究院广州510080

目前在中、高压气体绝缘输配电设备中大量使用的SF_(6)是一种极强的温室气体。为实现“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推进输配电装备制造业清洁低碳转型和绿色发展,开发环保型气体绝缘介质及设备以逐步减少SF_(6)的使用已成... 详细信息

目前在中、高压气体绝缘输配电设备中大量使用的SF_(6)是一种极强的温室气体。为实现“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推进输配电装备制造业清洁低碳转型和绿色发展,开发环保型气体绝缘介质及设备以逐步减少SF_(6)的使用已成为研究热点。近年来,全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)及其混合气体凭借优良的绝缘及环保性能被广泛关注,被认为是极具潜力的SF_(6)替代气体。该系列文章综述了近五年来国内外有关环保绝缘气体C_(4)F_(7)N的主要研究成果。本文综述Ⅰ首先介绍了常见环保绝缘气体基础参数;其次对C_(4)F_(7)N混合气体的绝缘和灭弧特性研究进展进行了总结;最后介绍了C_(4)F_(7)N的电、热分解机理及分解特性,并展望了未来针对绝缘性能及电、热分解特性的研究趋势。

关键词：环保绝缘气体 C_(4)F_(7)N 混合气体绝缘性能灭弧性能电、热分解特性

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PFAS及含氟气体管控下环保绝缘气体研究与电力装备应用展望

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中国电机工程学报 2024年第1期44卷 362-376,I0030页

作者：张晓星肖淞张博雅李祎田双双李兴文傅明利唐炬唐念赵波曾纪珺新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 湖北省武汉市430068 电网环境保护全国重点实验室(武汉大学电气与自动化学院) 湖北省武汉市430072 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510080 广东电网有限责任公司电力科学研究院广东省广州市510699 氟氮化工资源高效开发与利用国家重点实验室(西安近代化学研究所) 陕西省西安市710065

全球气候变化背景下,SF6的使用将受到更严格的限制。以C_(4)F_(7)N和C_(5)F_(10)O等为代表的低全球变暖潜在值(global warming potential,GWP)、高绝缘强度气体得到了广泛关注,相关高压电气装备已在多个国家推广应用。然而随着2019年《... 详细信息

全球气候变化背景下,SF6的使用将受到更严格的限制。以C_(4)F_(7)N和C_(5)F_(10)O等为代表的低全球变暖潜在值(global warming potential,GWP)、高绝缘强度气体得到了广泛关注,相关高压电气装备已在多个国家推广应用。然而随着2019年《斯德哥尔摩公约》的签署,世界多国逐步出台了针对全氟烷基和多氟烷基物质(polyfluoroalkylsubstances,PFAS)以及含氟气体限制使用的法规和标准,以美国和欧盟为代表的激进PFAS政策也间接导致3M公司计划于2025年底累计停产包括C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O在内的58种含氟物质。为此,该文深入剖析PFAS及含氟气体管控背景下环保绝缘气体与装备发展面临的挑战,阐述相关政策对我国气体绝缘装备低碳发展的影响,指出氟碳类环保绝缘气体的全生命周期管控标准的制定及应用监管规范化是目前的重要工作,并对新型绝缘气体分子设计方法、绝缘与放电理论、工程应用技术及产品研发等方面的未来发展进行展望,以期为我国环保电力装备研发及相关政策的制定提供参考。

关键词：环保绝缘气体多氟烷基物质(polyfluoroalkyl substances,PFAS) 含氟气体管控政策

SF_(6)替代型环保绝缘气体:研究、应用和展望

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中国电机工程学报 2024年第18期44卷 7395-7411,I0023页

作者：高克利杨圆周文俊王宝山丁卫东张晓星林莘颜湘莲张博雅王邸博肖淞电网环境保护全国重点实验室(中国电力科学研究院有限公司) 湖北省武汉市430074 电网环境保护全国重点实验室(武汉大学) 湖北省武汉市430072 电工材料电气绝缘全国重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049 新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 湖北省武汉市430068 沈阳工业大学辽宁省沈阳市110870 南方电网科学研究院有限责任公司广东省广州市510663

为应对全球气候变暖趋势,强温室效应SF_(6)气体的使用管控日趋严格,而环保气体绝缘设备的研发和应用是电力系统“双碳”目标实现的重要技术方向。近年来,以全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)气体绝缘420 kV气体绝缘开关设备(gas insulated switch... 详细信息

为应对全球气候变暖趋势,强温室效应SF_(6)气体的使用管控日趋严格,而环保气体绝缘设备的研发和应用是电力系统“双碳”目标实现的重要技术方向。近年来,以全氟异丁腈(C_(4)F_(7)N)气体绝缘420 kV气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)、全氟五碳酮(C_(5)F_(10)O)气体绝缘24 k V环网柜为代表的环保电力装备,已在多个国家实现工程应用,推进电力行业的绿色低碳转型。该文主要围绕C_(4)F_(7)N、C_(5)F_(10)O这两种有推广应用前景的环保替代气体,综述分子设计技术、微观参数、绝缘性能和分解稳定性、灭弧性能、设备材料相容性、工程应用等方面的最新研究进展,并对未来工程应用技术路线选择和技术研究方向进行展望,以期为我国绿色电力装备的研发及应用提供一定的借鉴。

关键词：环保绝缘气体全氟异丁腈(C_4F_7N) 全氟五碳酮(C_5F_(10)O) 应用展望

基于NDIR技术的微量环保绝缘气体C_(4)F_(7)N检测

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高压电器 2024年第9期60卷 135-140,162页

作者：刘伟刘子恩梁颂冰严进朱正宜张引国网安徽省电力科学研究院合肥230000 湖北工业大学新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心武汉430068

C_(4)F_(7)N混合气体由于其优异的绝缘性能和更低的温室效应被认为是一种优异的替代SF_(6)的环保绝缘气体,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘设备已被逐渐推广和使用。由于混合气体的绝缘性能与C_(4)F_(7)N的体积分数有关,通过对混合气体... 详细信息

C_(4)F_(7)N混合气体由于其优异的绝缘性能和更低的温室效应被认为是一种优异的替代SF_(6)的环保绝缘气体,C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘设备已被逐渐推广和使用。由于混合气体的绝缘性能与C_(4)F_(7)N的体积分数有关,通过对混合气体中微量C_(4)F_(7)N的检测,可以对C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体电气设备的绝缘状态进行有效评估。文中通过红外光谱平台,确定了C_(4)F_(7)N的红外光谱信息通过对C_(4)F_(7)N体积分数为100~2 000μL/L的C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体检测,确定了微量C_(4)F_(7)N的最佳检测波段。搭建了基于NDIR技术的微量C_(4)F_(7)N检测平台,测量通道滤光片为7.9μm,实现了对12.6~52.5μL/L的微量C_(4)F_(7)N定量检测,C_(4)F_(7)N气体体积分数与反演信号值的线性拟合系数R^(2)为0.989,最大绝对误差为0.107。研究成果为C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体绝缘设备的绝缘状态评估提供了一种可行方案。

关键词： C_(4)F_(7)N/CO_(2) 环保绝缘气体红外光谱 NDIR 微量C_(4)F_(7)N

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新型环保绝缘气体研发回顾与展望

高压电器 2022年第4期58卷 1-7页

作者：张博雅李兴文唐念周永言李丽吕剑王邸博卓然贾磊傅明利邓云坤朱凯马占峰姜旭陈先凯西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 广东电网有限责任公司电力科学研究院广州510699 西安近代化学研究所西安710065 南方电网科学研究院有限责任公司广州510080 云南电网有限责任公司电力科学研究院昆明650217 西安西电开关电气有限公司西安710077 香港城市大学化学系和材料科学与工程系中国香港999077

文中针对目前电力行业SF_(6)替代的迫切问题,重点回顾了环保型SF_(6)替代气体的重要探索历程,以及气体分子设计方法的发展趋势,指出传统方法难以创造出新颖的分子结构以兼顾环保绝缘气体的各项性能要求。针对目前的问题与挑战,文中创新... 详细信息

文中针对目前电力行业SF_(6)替代的迫切问题,重点回顾了环保型SF_(6)替代气体的重要探索历程,以及气体分子设计方法的发展趋势,指出传统方法难以创造出新颖的分子结构以兼顾环保绝缘气体的各项性能要求。针对目前的问题与挑战,文中创新性地提出将材料基因工程这一兼具颠覆性和可行性的前沿技术引入到新型气体的探索研究中,研发出性能更优的单一分子和共沸协同复配体系,形成面向电网应用的新型气体“g4”。

关键词：温室效应 SF_(6)替代气体环保绝缘气体分子设计材料基因工程共沸理论

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环保绝缘气体设备研发与应用进展

四川电力技术 2023年第4期46卷 12-16,90页

作者：靳梦磊夏亚龙肖淞李祎唐炬张晓星武汉大学电气与自动化学院湖北武汉430068 国网四川省电力公司电力科学研究院四川成都610041 新能源及电网装备安全监测湖北省工程研究中心(湖北工业大学) 湖北武汉400068

SF_(6)在中、高压气体绝缘输配电设备中被广泛使用。然而,SF_(6)作为一种强温室气体,其全球变暖潜能值高达CO_(2)的23500倍且大气寿命长,由于SF_(6)气体作为绝缘气体在电气设备中的大量使用,致使其在大气中的浓度持续增加。为践行“203... 详细信息

SF_(6)在中、高压气体绝缘输配电设备中被广泛使用。然而,SF_(6)作为一种强温室气体,其全球变暖潜能值高达CO_(2)的23500倍且大气寿命长,由于SF_(6)气体作为绝缘气体在电气设备中的大量使用,致使其在大气中的浓度持续增加。为践行“2030年碳达峰,2060年碳中和”的减排目标,推动电网设备选型向绿色环保领域迈进,环保型气体绝缘介质及设备研发成为热点。近年来,全氟化酮、全氟化腈及其混合气体凭借优良的绝缘及环保性能被广泛关注,被认为是极具潜力的SF_(6)替代气体。文中阐述了常见环保型气体绝缘介质的基础特性,分析了其应用于气体绝缘输配电设备的可行性,并介绍了近年来国内外环保绝缘气体设备的研发与应用进展;最后,展望了环保绝缘气体应用面临的问题及未来的发展趋势。

关键词：环保绝缘气体设备研发 C_(4)F_(7)N混合气体 C_(5)F_(10)O混合气体

环保型绝缘气体三氟化硫氮的合成及反应机理研究

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环保型绝缘气体三氟化硫氮的合成及反应机理研究

作者：邓佳彦武汉大学

学位级别：硕士

六氟化硫(SF)因其稳定的化学性质和优秀的绝缘及灭弧性能而被广泛应用于高压绝缘设备中。但SF具有超强的温室效应,被列为六种限制排放的气体之一,寻找合适的SF替代气体成为亟待解决的关键问题。基于杂化分子设计和建立构效关系的量子化... 详细信息

六氟化硫(SF)因其稳定的化学性质和优秀的绝缘及灭弧性能而被广泛应用于高压绝缘设备中。但SF具有超强的温室效应,被列为六种限制排放的气体之一,寻找合适的SF替代气体成为亟待解决的关键问题。基于杂化分子设计和建立构效关系的量子化学计算的研究结果,三氟化硫氮是一种非常具有研究潜力的新型替代气体。本文探究了三氟化硫氮的实验室合成方法及反应机理,对制备三氟化硫氮的工艺条件及反应规模进行了优化和放大。确定了以氨气(NH)和二氯化二硫(SCl)为反应原料,以四氮化四硫为中间体合成三氟化硫氮的反应路线。探究了原料配比、反应时间、纯化条件等因素对产品产率及纯度的影响。控制氨气流速为1.2 L/min,原料摩尔比为16:1(NH:SCl)进行反应,经无水乙醚和水洗涤、1,4-二氧六环索氏提取后,以苯为溶剂进行重结晶,得到SN橙色针状晶体。随后以无水四氯化碳为溶剂,Ag F与SN混合加热回流得到纯度约为90%的NSF气体,整体收率约为25%。确立了以未经重结晶提纯的SN为原料制备NSF的新方法。考察了四氮化四硫及三氟化硫氮合成的放大效应,对冷凝温度、机械搅拌速率等因素进行了优化,确定了放大的可行性,并成功将SN及NSF的合成规模分别放大了10倍和4倍。利用密度泛函理论对三氟化硫氮的合成反应机理及其热稳定性进行探讨和评估。计算结果表明,四氮化四硫在二氟化银的作用下经过氟化、开环和断键三个过程产生目标产物三氟化硫氮。NSF的单分子自由基分解主要通过S-F键裂解和S-N键裂解两种途径进行,但整体反应能垒较高,高温下亦难以分解,表明三氟化硫氮的热稳定性较好。

关键词：三氟化硫氮四氮化四硫环保绝缘气体合成及放大反应机理

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环保气体绝缘强度预测模型研究现状

高电压技术 2023年第3期49卷 895-906页

作者：周文俊邱睿高克利郑宇侯华王宝山罗运柏喻剑辉武汉大学电气与自动化学院武汉430072 中国电力科学研究院有限公司北京100192 武汉大学化学与分子科学学院武汉430072

为推进新型环保绝缘气体开发工作,对单一气体、混合气体的绝缘强度经验和半经验预测模型进行了分析。对于经验模型,分子微观参数的优选是关键。相互作用性质函数(general interaction properties function,GIPF)和基团贡献法的引入可提... 详细信息

为推进新型环保绝缘气体开发工作,对单一气体、混合气体的绝缘强度经验和半经验预测模型进行了分析。对于经验模型,分子微观参数的优选是关键。相互作用性质函数(general interaction properties function,GIPF)和基团贡献法的引入可提高模型准确性。在使用上述参数时需要从气体放电的角度出发,对参数适用性进行判断,并尝试寻找或定义出气体绝缘领域的特殊分子微观参数。此外,所用气体放电数据需要标准化处理,并在统一的测试条件下对各类气体的绝缘强度进行评估,进而减少样本质量对模型误差的影响。在气体放电理论研究尚不完备的前提下,经验、半经验模型仍需要配合使用。而对于混合气体预测模型,其主要难点在于协同效应的量化定义和预测,这可能与分子间相互作用等微观过程有关。而在完备气体放电理论指导下建立的预测模型可具有更高的准确性和通用性,并可进一步提高环保绝缘气体的开发效率。

关键词：环保绝缘气体气体放电预测模型分子设计协同效应基团贡献法