一种基于分子结构参数的SF制造技术

本发明专利技术涉及SF

【技术实现步骤摘要】
一种基于分子结构参数的SF6替代气体寻找方法
本专利技术属于SF6替代气体寻找方法，特别涉及一种基于分子结构参数的SF6替代气体寻找方法。
技术介绍
SF6气体化学性能稳定、无毒，并且具有良好的绝缘和灭弧能力，已被作为绝缘介质广泛的应用于电力设备中。但由于SF6具有极强的温室效应，在1997年签订的《京都协议书》中被列为六种受限制的温室气体(二氧化碳CO2、甲烷CH4、氧化亚氮N2O、氢氟碳化物HFCS、全氟化碳PFCS、六氟化硫SF6)之一，在2015年通过的《巴黎协定》为全球变暖变化做出了安排，特别强调在21世纪下半叶实现温室气体的零排放。SF6的温室效应潜在值为CO2的23900倍，每排放1gSF6产生的温室效应相当于排放22.8kgCO2。随着SF6产业迅猛发展，其引发的温室效应已经占据全球的1/3。为了减小高中压设备中SF6的使用，主要采用以下方法：采用SF6混合气体、使用新型环保气体。SF6混合气体指的是在使用对高中压设备充气时，使用N2、干燥空气等GWP值较低的气体与SF6混合使用，减少SF6气体的含量，同时满足设备绝缘需求。新型环保气体指的是具有较高的绝缘性能，却无SF6气体的缺陷的气体。目前寻找能够替代SF6的新型环保气体是电气与化学交叉学科的研究热点。气体的绝缘强度表示为气体分子电离程度随电场强度的增强而增加、分子之间的吸附作用逐渐降低。当分子电离出的电子数与分子吸附作用减少的电子数相同时，气体变为等离子体，随之发生击穿现象，此时的临界击穿场强即为该气体的介电强度。目前气体的绝缘强度都以试验研究为主，主要的试验包括气体击穿特性试验、稳态汤逊试验、局部放电试验等多种试验研究方法。经过几十年的试验筛选出若干具备使用价值的替代气体，包括全氟异丁腈(C4F7N)、八氟环丁烷(c-C4F8)、三氟碘甲烷(CF3I)和全氟酮类(C5F10O、C6F12O)等。气体绝缘与击穿是一种非常复杂的宏观现象，试验测得的临界击穿场强受到电场类型(均匀电场、稍不均匀场和极不均匀电场)、温度、压力、电极材料和电极形状等，这就使得同一种气体在不同的状态下，可能对应多个绝缘强度。目前，通常使用Boltzmann方程或者Monte-Carlo模拟等数学方法计算，但是要对方程输入气体的各种碰撞截面(振荡激发的碰撞截面、电离截面、弹性动能转移碰撞截面、非弹性激发碰撞截面和吸附碰撞截面)和电子能量分布函数等,但通常这些计算方法在计算过程中都使用了不同程度近似方法，如BO近似等，但这些近似方法会忽略某些影响环保绝缘气体的关键性参数。传统寻找SF6替代气体的方法一般都是实验研究，通过稳态汤逊试验(SST)、脉冲汤逊试验(PT)等对该气体在相同约化场强、不同极板间距的电流曲线，利用拟合出电离系数α和吸附系数η的关系，在净电离系数α-η＝0时，得到该种气体的介电强度。但是在国际化学社(CAS)登记的已知地球物质超过一亿九千万种，所以需要一种方式，预测气体的绝缘强度的方法。目前世界上采用两种方法对气体的绝缘强度进行预测，一种是玻尔兹曼方程，另一种是蒙特卡洛方法，但是这两种方法都需要输入气体的碰撞截面数据进行计算。当今化学发展水平并不能快速有效的测量气体分子的各种碰撞截面数据，所以本文提出一种基于分子结构参数的SF6替代气体的寻找方法。
技术实现思路
针对
技术介绍
存在的问题，本专利技术提供一种基于分子结构参数的SF6替代气体的寻找方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于分子结构参数的SF6替代气体寻找方法，包括以下步骤：步骤1、建立环保绝缘气体的分子结构参数模型，以静电势0.001a.u.通过以下公式进行计算；式中，ZA为核电荷数；RA为原子坐标；ρ(r′)为r′处的分子密度；r为分子半径，r′为坐标点；利用GUASSVIEW和GUASSIAN进行分子结构参数和分子表面静电势的计算；步骤2、算法优化；将步骤1计算出的环保绝缘气体分子的表面静电势、分子结构参数输入至神经网络的模型中，作为输入端，通过黑盒模型得到该结构参数与介电强度的关系；步骤3、根据步骤2算法得到分子结构参数与介电强度的关系，通过删减分子结构参数的个数，得到分子结构参数与介电强度的相关系数，对比两种缺少参数的公式的法线向量，判断这两种参量是否为相关参量，若为相关参量，则一个参量表征两个参数对介电强度的影响。在上述基于分子结构参数的SF6替代气体寻找方法中，步骤1所述分子结构参数包括分子体积和分子键长；选取GUASSIAN软件作为分子结构参数计算软件，采用CCSD方法对不同分子的分子表面静电势、分子表面极性电势、分子体积进行计算。在上述基于分子结构参数的SF6替代气体寻找方法中，步骤2所述神经网络的模型为BP神经网络模型，输入为4，隐藏层为7，输出的1。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：通过量子化学软件和第一性原理计算出环保绝缘气体分子的结构参数，再通过BP神经网络，预测绝缘环保气体的介电强度，能更加准确、快速地寻找SF6替代气体。附图说明图1为本专利技术一个实施例神经网络介电强度学习与实际测试验结果对比示意图；图2为本专利技术一个实施例训练目标输出与数据的拟合度示意图；图3为本专利技术一个实施例表面静电势与介电强度关系示意图；图4为本专利技术一个实施例分子体积与介电强度关系示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。本实施例提出了基于分子结构参数的SF6替代气体的寻找方法，包括以下步骤：S1，模型建立：建立环保绝缘气体的分子结构参数模型，以静电势0.001a.u.通过以下公式进行计算：式中ZA为核电荷数；RA为原子坐标；ρ(r′)为r′处的分子密度；r为分子半径，r′为坐标点。利用GUASSVIEW和GUASSIAN进行分子结构参数和分子表面静电势的计算。分子结构参数包括：分子体积、分子键长。计算结果见表1。表1分子结构参数S2，算法优化步骤：按照S1的方法，将计算出的环保绝缘气体分子的表面静电势与分子体积和分子键长的数据当做输入，输入至神经网络的模型中，作为输入端。通过黑盒模型得到该结构参数与介电强度的关系。S3，由S2算法得到，分子结构参数与介电强度的关系，通过删减分子结构参数的个数，得到分子结构参数与介电强度的相关系数，通过对比两种缺少参数的公式的法线向量，判断这两种参量是否为相关参量，若为相关参量，则只需一个参量就可以表征两个参数对介电强度的影响。具体实施时，一种基于分子结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分子结构参数的SF

【技术特征摘要】
1.一种基于分子结构参数的SF6替代气体寻找方法，其特征是，包括以下步骤：
步骤1、建立环保绝缘气体的分子结构参数模型，以静电势0.001a.u.通过以下公式进行计算；



式中，ZA为核电荷数；RA为原子坐标；ρ(r′)为r′处的分子密度；r为分子半径，r′为坐标点；
利用GUASSVIEW和GUASSIAN进行分子结构参数和分子表面静电势的计算；
步骤2、算法优化；将步骤1计算出的环保绝缘气体分子的表面静电势、分子结构参数输入至神经网络的模型中，作为输入端，通过黑盒模型得到该结构参数与介电强度的关系；
步骤3、根据步骤2算法得到分子结构参数与介电强度的关系，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：尤天鹏，周文俊，郑宇，李涵，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42