C4F7N/CO2放电故障的发射光谱与诊断

《Scientific Reports》：Emission spectra and diagnosis of C4F7N/CO2 discharge faults

　　

摘要

C₄F₇N/CO₂ 混合气体被认为是 SF₆ 最具前景的环保替代品之一。研究其在不同电压和故障类型下的放电光谱特性对于绝缘状态监测和故障诊断具有重要意义。基于 126 kV 实际尺寸气体绝缘输电管道（GIL）实验平台，本文对 0.1 MPa 下的 10% C₄F₇N/90% CO₂ 混合气体进行了直流击穿、直流表面闪络和交流表面闪络实验。通过构建一种光谱数据预处理方法以消除放电发射强度的脉冲间差异，系统地比较了 C₄F₇N/CO₂ 与 SF₆ 以及纯 CO₂ 气体之间的发射光谱差异，并分析了不同条件下的光谱演化规律。实验结果表明，与 SF6 相比，C4F7N/CO₂ 混合气体表现出更显著的特征发射峰，主要发射特征集中在紫外 - 可见光区和近红外区。在直流击穿条件下，光谱主要由电极蒸发（铝共振线）和气体分解（CN, C, O 谱线）主导；在直流表面闪络条件下，由于绝缘固体材料参与放电分解，CN 自由基谱带（385.0–387.6 nm）和 CII 离子谱线显著增强，而铝和氧谱线相对减弱；在交流表面闪络条件下，时间积分光谱显示出更强的近红外贡献，777.3 nm 处的氧原子特征峰成为主导，而 CN 特征带减弱。该研究揭示了在电极蒸发、气体电离和材料分解共同作用下 C₄F₇N/CO₂ 混合气体的微观发光机理，证实特定谱线强度的变化可作为区分故障类型和电压等级的判据，为环保气体绝缘设备的光学诊断技术提供了理论支持。