早期绝缘故障下环保型C5-PFK气体的稳定性与复原性及相容性研究

CF3COCF(CF3)2 (C5-PFK) is an environmentally friendly insulating medium whose basic electrical parameters have been fully revealed. Its gas mixture has the potential to replace SF6 using in electrical equipment such as ring-network cabinet. In order to further understand the stability, self-recovery and compatibility of C5-PFK under insulation faults, this study intends to investigate the decomposition and self-recovery characteristics of C5-PFK under partial overheating and partial discharge conditions, as well as compatibility between C5-PFK and its decomposition products with equipment materials. A large amount of characteristic data will be obtained based on the established gas fault decomposition experimental platform. The influence of buffer gas type, mixing ratio, pressure, trace-water and trace-oxygen on the insulation stability of C5-PFK and the compatibility between C5-PFK and its decomposition products with equipment materials will be explored. Combined with molecular dynamics method, multiphysics coupled simulation and isotope tracing technique, the decomposition and self-recovery mechanism of C5-PFK under local high-temperature thermodynamic equilibrium and local strong electromagnetic energy conditions, as well as the synergistic mechanism of different influencing factors will be revealed from the microscopic level of molecular structure and bond energy. The dynamic relationship between the stability, self-recovery with the insulation performance of C5-PFK under insulation faults conditions will be explored, which provides theoretical support for the engineering application of C5-PFK gas mixture.

CF3COCF(CF3)2(即C5-PFK)是一种基本电气参数已被全面揭示的环保型绝缘气体，具有在环网开关柜等设备上替代SF6的应用潜力。为进一步掌握C5-PFK气体在早期绝缘故障下的稳定性和复原性及相容性，本课题拟开展局部过热和局部放电下C5-PFK的分解与复原特性和C5-PFK及其分解产物与设备内部材料的相容性研究。通过建立的绝缘气体故障分解实验系统，获取大量特性数据，探索缓冲气体类型、含量、气压、微水和微氧等因素对C5-PFK绝缘稳定性的影响规律，解析C5-PFK及其分解产物与设备内部材料的相容问题；结合分子动力学分析、多物理场耦合仿真和同位素示踪技术，从分子结构与键能的微观层面，揭示C5-PFK在局部过热和局部强电磁能下的分解与复原机理以及影响因素的协同作用机制，获取绝缘故障下C5-PFK气体的稳定性和复原性与绝缘性能之间的动态关系，为C5-PFK气体的工程应用提供理论支撑。

本项目主要针对环保型绝缘介质C5F10O的过热、放电分解稳定性，分解后的复原特性，以及与设备材料的相容性展开研究。具体开展的工作和取得的创新性结论如下：.①在研制的C5-PFK混合气体绝缘介质早期绝缘故障稳定性测试试验平台上进行了大量、长时的局部过热和局部放电稳定性实验，获取了C5-PFK混合气体绝缘介质在不同故障温度和局部放电强度下的稳定特性，并掌握了缓冲气体类型、微量水分、氧气等因素对其分解特性的影响。同时基于密度泛函理论建模研究了C5F10O分子在高能状态下的断键规律，提出了完整的C5F10O分子逐级分解路径，并揭示了各种稳定分解产物的形成机制。.②在分解实验平台基础上开展了C5F10O的复原特性实验，研究了C5F10O过热分解后产物的自恢复特性，获取了其复原能力与故障温度间的关联特性。同时基于密度泛函理论计算，对C5F10O的各级分解产物重新成键形成C5F10O的复原路径进行了梳理，提出了包含43条复原反应的C5F10O复原路径，并通过反应速率常数与平衡常数的计算和分析，确立了复原路径的优势性差异和发生条件。.③分别构建了C5F10O与铜、铝、银等金属材料以及C5F10O与三元乙丙、丁腈橡胶、硅橡胶等密封材料间的相容性实验方法，通过长期共存试验获取了设备内金属、密封材料与C5F10O的相容性。并通过气固表面建模，从吸附能、电子转移、电子态密度以及反应能垒等微观角度研究了各种金属及密封材料与C5F10O发生相互作用的机制，据此从现有材料中筛选出了与C5F10O相容性最佳的金属及密封材料。.依托上述研究工作，出版学术专著1部，在国内外权威期刊上发表学术论文34篇，其中SCI收录24篇，EI收录8篇；申请发明专利3项；项目负责人多次受国际会议邀请并做报告，现已培养已毕业博士3名、硕士5名，在读博士3名、硕士5名，全面完成了计划任务。此外，项目成果获得中国电工技术学会科技进步一等奖1项。