基于分子动力学的SF6/N2混合气体扩散特性理论研究

为了保证SF_6/N_2混合气体电气设备使用过程中SF_6和N_2的混合比例,使用分子动力学方法对不同温度压强和不同配比的SF_6/N_2混合保护气体进行了模拟统计,确定了合适的力场和参数,通过动力学模拟获得了不同情况下混合气体的扩散性质、并对不同配比的SF_6/N_2混合气体的泄漏情况进行了初步的模拟,发现使用同一比例的混合保护气体,在不同气候条件的地区需要使用不同配比的气体进行补偿,为SF_6/N_2混合电气设备泄漏补充提供了参考。     

环保型SF_6现场检测技术研究

如何诊断电气设备内部的SF_6气体状态对于保证电气设备正常运行至关重要。主要诊断方法为SF_6绝缘设备分解产物测量,但是现有检测方法存在响应速度慢、气体交叉、使用寿命短、检测尾气污染等弊端。基于此,提出环保型SF_6现场检测技术,研制了环保型SF_6现场检测装置,采用光学方法对SF_6纯度、微水、SO_2、H_2S和CO等气体进行检测,并在系统后端设计尾气回收装置。研制的设备在都匀变电站应用并进行了相关测试。结果表明,微水测试精度小于2.5×10~(-6),SF_6纯度测试精度小于1%,SO_2检测精度小于1.5×10~(-6),H_2S测试精度小于2.5×10~(-6),CO测试精度小于0.3×10~(-6),符合该领域检测标准。     

紫外差分吸收光谱法定量分析SF6分解物SO2和H2S技术

分解物SO_2和H_2S表征SF_6电气设备内部缺陷,是SF_6电气设备试验必检项,对两种气体的准确定量分析直接关系到SF_6电气设备内部缺陷种类和定位的正确判断。现有的现场检测技术不足以解决气体组分之间的干扰问题,因此,本文开展了相关选型和设计工作,获得基于紫外差分吸收光谱法的SO_2和H_2S混合气体检测装置。采用差分法提取SO_2和H_2S紫外吸收光谱的快变部分,通过吸光度的扣减和浓度反演,去除在紫外吸收光谱区域H_2S和SO_2的交叉干扰问题。对其测试的原始谱图进行数字滤波处理,去噪后获得平滑波形,进一步进行FFT变换和线性拟合,拟合优度达到0.999 9,提高了SF_6背景气体中SO_2和H_2S混合气体检测的灵敏度。所研制装置在系统信噪比为1时,混合气体中SO_2在190～230 nm和280～320 nm波段的检测极限分别为0.108μL/L和0.444μL/L,H_2S在190～230 nm波段检测极限为0.490μL/L,为现场检测应用奠定了基础。     

SF_6电气设备绝缘状态在线监测系统的研制及应用

对前期研制的在线监测系统不足之处进行优化,研制出SF_6电气设备绝缘状态在线监测系统,实现了单对多的监测目标。一台系统可同时监测3台SF_6设备中SO_2含量、SF_6纯度及湿度,并通过61850转换模块,将监测信息接入贵州电网变电设备在线监测及状态评价系统主网平台,全网远程监控,便于对设备状态进行综合评估。经第三方检验和现场应用,研制的SF_6电气设备绝缘状态在线监测系统满足应用要求。     

基于光腔衰荡光谱法检测SF6/N2混合电气设备中特征组分H2S技术

H_2S气体是SF_6/N_2混合电气设备潜伏性故障的特征分解组分之一。现有的现场技术均需标定,腔衰荡光谱法无需标定且能检测到低极限的H_2S浓度。根据光腔衰荡光谱的检测原理,对激光器、光隔离器、低损耗光学腔、光电探测器等光路和电路器件进行选型和设计,配合软件设计、编程和数据处理完成了装置的研制,研制的光腔衰荡光谱法检测H_2S装置无需光开关,对其进行定性定量试验,光谱图正确,H_2S气体检测低限值达到1μL/L,符合现场检测的需要,为现场检测技术奠定了基础。     

ZF_5-110型SF_6GIS组合电器的安全防护

介绍了SF_6组合电器中SF_6气体的物理性质、电气性质及有毒产物对人体伤害的影响。提出了SF_6设备的运行、试验、检修、事故处理、中毒急救等安全防护措施。     

基于红外和紫外光谱的现场SF6气体综合检测技术

通过研究基于红外和紫外光谱SF_6气体检测技术,采用紫外光谱法检测特征分解物SO_2和H_2S含量,采用可调谐激光法检测分解物CO和水分含量,采用红外吸收光谱法检测SF_6纯度,长效高精度检测保证了SF_6设备状态的正确判断,并实现了模块化集成,节约人力物力。     

小环境密闭空间初始压力对预混合可燃性气体爆炸的影响

在工程应用中,初始压力的增高一般都能提高预混合可燃性气体爆炸的强度,缩小反应设备的体积.因此研究在小环境密闭空间下初始压力的变化对预混合可燃性气体爆炸的特性与规律是十分必要的.本文运用AutoReaGas爆炸仿真模拟器定量研究了小环境密闭空间的初始压力对预混合可燃性气体爆炸的影响.其结果表明,在相同小环境密闭空间尺寸下利用AutoReaGas爆炸仿真模拟器充入相同条件的预混合可燃性气体.其预混合气体密度、冲击波产生的超压都随着初始压力的增加而增大;并且爆炸超压与初始压力呈近似的线性关系;但各个观测点的温度和速度并不随着初始压力的增加而变化.研究所取得的成果可为今后的工程应用提供一定的理论数据指导.     

密闭空间内天然气混合及爆炸传播规律研究

为研究密闭容器内甲烷-空气不均匀分布对混合气体燃烧的影响,将数值模拟和实验相结合,发现在重力作用下混合气体浓度分布不均匀,长径比越大的容器,混合气体浓度分布梯度越大。混合气体浓度分布影响气体火焰传播规律。宏观浓度为5%的甲烷与空气混合后,容器上部甲烷浓度高于5%,在该处点火时非均匀混合甲烷-空气火焰传播较快,非均匀混合气体的爆炸压力比均匀混合气体压力上升快,且分层混合气体的超压峰值高于均匀混合气体的值。由于浓度分布不均匀,点火位置影响甲烷/空气火焰传播的规律。     

惰性气氛对煤自燃过程的竞争吸附差异性研究

为探究在CO_2与N_2气氛中吸附后的煤低温氧化自燃特性,以寺河2号井9号煤层无烟煤为研究对象,开展煤低温氧化程序升温试验与热重(TG)试验,分析煤自燃过程中CO和CH_4气体的产物特性与失重特性;建立煤大分子表面对O_2分子、CO_2分子与N_2分子等不同气体分子的物理吸附模型,应用巨正则系综蒙特卡罗模拟(GCMC)法,从微观角度分析煤表面对O_2气体分子的吸附作用,探讨混合气体分子在煤大分子表面的气体竞争差异性。研究表明:经CO_2与N_2气氛中吸附后的煤低温氧化自燃特性发生变化,CO和CH_4气体产物浓度减小,煤自燃失重速率降低,煤低温氧化能力受到抑制;煤大分子对CO_2与N_2等气体分子的混合吸附对其吸附O_2分子起到了抑制作用;煤大分子表面的气体竞争吸附排序如下:H2OCO_2N_2O_2CH_4CO。     

H_2/CO合成气的最小点火能研究

为探究工业合成气(主要成分为H_2和CO)的体积分数及惰化作用下其最小点火能变化特征,首先,选取CH_4气体样品利用最小点火能测试装置确定试验系统的敏感条件;然后基于系统敏感条件,测定不含惰性气体N_2系统中添加不同比例的H_2与CO混合物的最小点火能;最后,测定N_2稀释作用下气体混合物的最小点火能。研究结果表明:不含惰性气体的H_2与CO合成气中,H_2体积分数低于25%时其对合成气的敏感体积分数值影响较大;含惰性气体N_2的H_2与CO合成气中,燃料体积分数大于40%时,惰化作用效果显著;含惰性气体N_2气体的H_2与CO合成气中,燃料体积分数小于40%时,系统最小点火能值的贡献主要取决于H_2所占体积分数。     

煤矿其他可燃气体对空气中甲烷爆炸极限的影响

为研究矿井火区中一氧化碳(CO),氢气(H2),乙烯(C2H4)和乙烷(C2H6)等可燃气体对空气中甲烷(CH4)爆炸极限和爆炸危险度(F值)的影响及双组份可燃气体爆炸界限和爆炸危险度的变化,采用空气中可燃气体爆炸极限测定方法完成一系列试验,测定加入不同体积分数其他可燃气体时CH4的爆炸极限。其他可燃气体的加入,均使空气中CH4和混合可燃气体的爆炸界限加宽;同时加大了CH4和混合可燃气体的爆炸危险度。试验结果表明:加入C2H4气体对CH4爆炸极限影响较大,使CH4及其双组份混合气体的爆炸危险度明显增大;加入量为2.0%时,CH4的F值增加了540%。而加入CO气体比加入C2H6,C2H4和H2等气体对CH4及混合气体的爆炸极限影响都小。     

基于光学方法的“零排放”SF_6现场检测技术研究

研究基于光学方法的SF_6分解产物检测技术,包括基于红外吸收的SF_6纯度检测、基于紫外荧光的SO_2检测及基于TDLAS(Tunable Diode Laser Absorption Spectrum)的H_2S,CO检测技术。进而研制"零排放"检测装置,进行标定、温度及流量补偿以及各类气体的检测等试验,结果发现SF_6纯度检测数据的精度在0.04%之内,H_2S和SO_2的检测精度在2%以内,CO的检测精度在1%以内,符合相关检测标准。所研制的设备具有检测精度高、响应时间短、安全环保等特点。     

基于绝热火焰温度多元混合气体可燃性极限的理论预测

为了预测多元混合气体可燃性极限,通过化学平衡计算软件分析确定了气体在可燃性下限（LFL）和可燃性上限（UFL）的燃烧产物及计算绝热火焰温度（CAFT）,基于能量平衡方程和简化反应模型,分别建立了混合气体LFL和UFL预测模型。应用该预测模型对CH4、C2H4、C3H8、C3H6和CO组成的不同比例混合气体可燃性极限进行预测。结果表明:简化反应模型对于LFL和UFL预测值与文献中实验值的平均相对误差分别为2.76%和5.45%,相关系数分别为0.995和0.950;同时发现两步简化模型对含有C2H4和CO混合组分预测结果误差较大,但对于平均碳原子数大于2的混合气体,预测结果一致性较好。     

惰化系统极限氧浓度变化规律及监测预警研究

为解决高龄油气管罐事故多发且事故后果严重的问题,通过研究惰性气体保护封存技术,提出惰化系统氧浓度等级分级、氧浓度安全裕量设定原则以及极限氧浓度(LOC)测试方法;通过理论与试验相结合的方法,分析CO_2、N_2等2种惰化剂对液化石油气(LPG)爆炸极限与LOC的影响以及抑制机制,并基于此设定预警阈值。结果表明:随着CO_2、N_2量的增加,最大爆炸压力到达时间延时可达7倍,抑爆效果明显,2种惰化剂抑爆机制的不同主要体现在三元碰撞反应;当CO2充入量达到22%或N2充入量达到32%时,LPG处于完全惰化状态;根据试验结果,可设定LPG惰化系统在线和间断氧浓度监测时预警阀值。     

基于可调谐激光吸收光谱的痕量CO定量检测技术

SF6电气设备在内部存在局部放电或过热缺陷时会产生分解组分,特征气体组分CO指示内部绝缘缺陷,是电力设备运行状态判断的重要指标。针对目前电化学传感器法检测CO含量易受干扰的问题,研究可调谐激光红外吸收光谱法对痕量CO的定量检测技术。简单介绍了可调谐激光的光谱理论、谐波检测原理和CO的红外吸收特性,为TDLAS结构设计、硬件设计及选型奠定了基础。选用DFB激光器,设计制作光电转换模块、光源驱动模块、红外多次反射池以及电路和软件部分,研制出可调谐激光CO检测装置,去除干扰组分的影响,提高CO检测精度,可检测至1μL/L的低限值。装置性能检测结果表明,满足标准要求,定量检测CO准确性高,有利于正确判断设备的运行状态。     

混合均匀性对甲烷爆炸特性影响的试验研究

为探明甲烷在不同混合均匀性下的爆炸特性,预防甲烷气体爆炸,设计由喷射流混合器和静态混合器组成的2级气体混合器,并利用自行研制的可燃气体爆炸特性测试装置,试验测试不使用和使用2级气体混合器2种情况下甲烷的爆炸极限和爆炸压力。结果表明:在2级气体混合器的作用下,甲烷的爆炸下限从5. 25%降低到5. 15%,爆炸上限从17. 15%升高到17. 55%,甲烷爆炸极限范围拓宽了4. 20%,且甲烷爆炸上限受混合均匀性的影响较大;使用2级气体混合器时,甲烷爆炸压力升高,且随着甲烷体积分数的升高,爆炸压力的增幅先增大后减小,当甲烷体积分数为11%时,爆炸压力的增幅最大,甲烷爆炸压力受混合均匀性的影响也最大。     

N2/CO2混合气体对丙烯爆炸特性的影响

为了研究N₂、CO₂及其混合气体对丙烯爆炸特性的影响，使用可燃气体爆炸极限试验装置，将气体按一定比例进行混合，从爆炸极限与危险度、临界氧体积分数和惰化效果3个方面研究了N₂/CO₂混合气体对丙烯爆炸的影响。结果表明：1)N₂和体积比分别为2∶1、1∶1、1∶2的N₂/CO₂混合气体，以及CO₂的添加对丙烯的爆炸均有抑制作用，且使丙烯的爆炸范围缩小，爆炸危险度减小，变化趋势近似为线性；2)随着惰性气体体积分数的增加，爆炸极限对应的氧体积分数呈下降趋势，CO₂惰化丙烯比N₂惰化丙烯时的临界氧体积分数提高了约1.87个百分点；3)结合爆炸三角形图，对比发现，在5种不同的比例下，CO₂惰化丙烯时的爆炸区域面积最小，表明CO₂对丙烯的抑爆效果更好。     

关于防爆电气设备的三个误区

<正>误区之一:防爆电气设备能防水不少人认为,防爆电气设备之所以能防爆,是因为其外壳能阻止有爆炸危险的气体进入其内部,其密封性能一定很好,能阻止雨水进入,安装在户外露天使用应该没有问题。其实这是混淆了防爆电气设备的防爆形式和外壳防护等级两个概念。防爆电气设备按其防爆原理的不同而分为不同的防爆形式。隔爆型防爆电气设备是具有能承受内部爆炸性气体混合物的爆炸压力,并阻止内部的爆炸向外壳周围爆炸性混合物传播的外壳的电气设备。显然其防爆性能与外壳防护等级无关,国家标准对其外壳防护等级并无特别要求,只要满足电机及低压电器外壳防护等级要求即可,但对其外壳的材质和机械强度作了严格的规定。增安型防爆电气设备在正常运行条件下不会产生电弧、火花或可能点燃爆炸性混合物的高温的设备结构上,采取措施提高安全程     

油品储罐H_2S对铁锈腐蚀产物自燃性研究

为了分析有氧条件下H2S对铁锈腐蚀产物的自燃性,模拟含硫油品储罐中铁锈(Fe2O3:75%;Fe(OH)3:7%;Fe3O4:18%)在有氧条件下与H2S气体的反应试验。将铁锈与H2S气体、O2按不同比例混合形成的混合物进行反应,再进行所得产物的氧化反应。采用X射线衍射分析法鉴定混合气体与铁锈的反应产物,并研究不同初始O2体积分数下的混合气体与铁锈的反应及其产物的再氧化反应,通过温度变化评价铁锈与H2S气体反应产物的自燃性。结果表明,在有氧条件下,H2S对铁锈腐蚀产物主要是FeS;随着初始O2体积分数的增加,铁锈与H2S的反应伴随其产物的氧化反应,HS对铁锈腐蚀产物的量减小,这种产物再氧化自燃性降低。