环保型气体固态分解产物的抑制方法技术

本发明专利技术公开一种环保型气体固态分解产物的抑制方法，步骤包括：步骤1，结合密度泛函与反应分子动力学，计算环保型气体分解路径及反应速率常数；步骤2，通过分解路径及反应速率常数，建立环保型气体持续电晕放电的化学动力学模型，计算出来分解产物在持续电晕放电下的时间演化特性和形成机理；步骤3，根据时间演化特性和形成机理，通过计算各相关反应对含碳固态分解产物的生成/去除贡献，通过改变变量并采用多变量协同优化方法对固态分解产物的组分进行抑制。本发明专利技术解决了现有技术中存在的因固态分解产物的形成机理不明而导致的固态分解产物的抑制措施难以开展的问题。产物的抑制措施难以开展的问题。产物的抑制措施难以开展的问题。

【技术实现步骤摘要】
环保型气体固态分解产物的抑制方法


[0001]本专利技术属于电力设备绝缘监测和故障诊断
，涉及一种环保型气体固态分解产物的抑制方法。

技术介绍

[0002]SF6气体因其突出的绝缘性能和灭弧性能，是目前电力设备中最常用的介质。但SF6气体的温室效应是CO2的23900倍，已在《京都议定书》列为被限制的六种温室气体之一。因此，迫切需要研究SF6替代气体来发展绿色低碳电力工业。现有的研究主要集中在CF3I、c
‑
C4F8、C4F7N、C5F
10
O、C6F
12
O等几种绝缘性能较好的气体，且以C4F7N/CO2混合气体为绝缘介质的420kV气体绝缘输电线路(GIL)、245kV电流互感器和145kV气体绝缘组合电器(GIS)均已投入试运行，以C5F
10
O/空气混合气体为绝缘介质的22kV配电开关设备样机也已在苏黎世挂网运行。由此可见，C4F7N及其混合气体、C5F
10
O及其混合气体具有替代SF6气体的可能性。
[0003]然而电力设备在长期运行时产生的各类绝缘缺陷会引发局部放电甚至闪络，并伴随着环保型绝缘介质的分解，导致电力设备绝缘性能下降。电晕放电是局部放电的典型形式，且多由导体上的尖端或者凸起所致。由于C4F7N和C5F
10
O均为碳氟类气体，分子结构中含有碳元素，当电晕放电发生时，不可避免会有固体分解产物(碳颗粒等)形成，对电力设备的安全稳定运行造成威胁。研究固体分解产物的抑制方法，对于环保型电力设备的可靠运行具有重要意义，但目前关于固体分解产物的形成机理尚不明晰，且缺乏相关的检测技术，导致固体分解产物的抑制方法难以开展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种环保型气体固态分解产物的抑制方法，解决了现有技术中存在的因固态分解产物的形成机理不明而导致的固态分解产物的抑制措施难以开展的问题。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是：
[0006]环保型气体固态分解产物的抑制方法，步骤包括：
[0007]步骤1，结合密度泛函与反应分子动力学，计算环保型气体分解路径及反应速率常数。
[0008]步骤2，通过分解路径及反应速率常数，建立环保型气体持续电晕放电的化学动力学模型，计算出来分解产物在持续电晕放电下的时间演化特性和形成机理；
[0009]步骤3，根据时间演化特性和形成机理，通过计算各相关反应对含碳固态分解产物的生成/去除贡献，通过改变变量并采用多变量协同优化方法对固态分解产物的组分进行抑制。
[0010]本专利技术的特点还在于：
[0011]步骤1中环保型气体分解路径及反应速率常数包括静态分解路径及反应速率常数和动态分解路径及反应速率常数；
[0012]静态分解路径及反应速率常数通过密度泛函来进行求解，在有过渡态的反应的情况下，采用过渡态理论来计算，对于无过渡态的反应，采用变分过渡态理论来计算，公式为：
[0013][0014]式中，σ为反应物到产物的反应通道数，β＝(k
B
T)
‑1，k
B
为玻尔兹曼常数，T为温度，h表示Planck常数，Q
≠
(T)为过渡态结构单位体积的配分函数，Q
R
(T)表示反应物单位体积的配分函数，V
≠
表示经典势垒。
[0015]动态分解路径及反应速率常数采用基于ReaxFF力场的反应分子动力学模型计算，通过在基于ReaxFF力场的反应分子动力学模型中建立周期性盒子，在周期性盒子中放入环保气体及其混合物，可以获取动态反应路径及反应速率常数。
[0016]ReaxFF力场的反应分子动力学模型中的ReaxFF力场的势能函数公式为：
[0017]E
system
＝E
bond
+E
lp
+E
over
+E
under
+E
val
+E
pen
+E
tors
+E
conj
+E
H
‑
bond
+E
vdWaals
+E
coulomb
ꢀꢀꢀ
(2)
[0018]式中，E
bond
为键能，E
lp
为孤对电子项，E
over
为过配位的能量矫正项，E
under
为低配位的能量矫正项，E
val
为价角能量项，E
pen
为惩罚能量项，E
tors
为扭转能量项，E
conj
为分子的共轭作用项，E
H
‑
bond
为氢键作用项，E
vdWaals
为非键范德华力作用项，E
coulomb
为非键库伦力作用项。
[0019]步骤2具体包括：
[0020]步骤2.1：采用三种带电粒子的迁移
‑
扩散方程与泊松方程的耦合来计算电场的幅值和脉宽；
[0021]步骤2.2，将电场的幅值和脉宽作为化学动力学模型的激励参数，化学动力学模型如(7)～(9)所示：
[0022][0023][0024][0025]式中，c
pj
为等离子体区粒子的数密度，ν
ij
,ν
ij
′
分别为化学反应方程左边和右边的化学计量数，k
i
为反应速率常数，D
kj
为扩散系数，c
gj
为气体区粒子的数密度，r
p
为等离子体区的半径，r
g
为气体区的半径，S
p
，V
p
分别为等离子体区的面积和体积，V
g
为气体区的体积；E和E
m
分别为电场和电场最大值，τ
pls
为脉宽。
[0026]步骤2.3，通过环保型气体持续电晕放电的化学动力学模型计算出来分解产物在持续电晕放电下的时间演化特性，获取含碳固态分解产物的演化特性及形成机理。
[0027]步骤2.1中迁移
‑
扩散方程与泊松方程如公式(3)～(6)所示：
[0028][0029][0030][0031][0032]式中，t为时间，n
e
，μ
e
，D
e
分别为电子的数密度、迁移率和扩散系数，为电场，α，η分别为电离系数和吸附系数，k
ep
为电子与正离子的重组系数，n
p
，μ
p
，D
p
分别为正离子的数密度、迁移率和扩散系数，k
np
为正离子与负离子的重组系数，n
n
，μ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.环保型气体固态分解产物的抑制方法，其特征在于，包括：步骤1，结合密度泛函与反应分子动力学，计算环保型气体分解路径及反应速率常数；步骤2，通过分解路径及反应速率常数，建立环保型气体持续电晕放电的化学动力学模型，计算出来分解产物在持续电晕放电下的时间演化特性和形成机理；步骤3，根据时间演化特性和形成机理，通过计算各相关反应对含碳固态分解产物的生成/去除贡献，通过改变变量并采用多变量协同优化方法对固态分解产物的组分进行抑制。2.如权利要求1所述的环保型气体固态分解产物的抑制方法，其特征在于，步骤1中所述环保型气体分解路径及反应速率常数包括静态分解路径及反应速率常数和动态分解路径及反应速率常数；所述静态分解路径及反应速率常数通过密度泛函来进行求解，在有过渡态的反应的情况下，采用过渡态理论来计算，对于无过渡态的反应，采用变分过渡态理论来计算，公式为：式中，σ为反应物到产物的反应通道数，β＝(k
B
T)
‑1，k
B
为玻尔兹曼常数，T为温度，h表示Planck常数，Q
≠
(T)为过渡态结构单位体积的配分函数，Q
R
(T)表示反应物单位体积的配分函数，V
≠
表示经典势垒；所述动态分解路径及反应速率常数采用基于ReaxFF力场的反应分子动力学模型计算，通过在基于ReaxFF力场的反应分子动力学模型中建立周期性盒子，在周期性盒子中放入环保气体及其混合物，可以获取动态反应路径及反应速率常数。3.如权利要求2所述的环保型气体固态分解产物的抑制方法，其特征在于，所述ReaxFF力场的反应分子动力学模型中的ReaxFF力场的势能函数公式为：E
system
＝E
bond
+E
lp
+E
over
+E
under
+E
val
+E
pen
+E
tors
+E
conj
+E
H
‑
bond
+E
vdWaals
+E
coulomb
ꢀꢀ
(2)式中，E
bond
为键能，E
lp
为孤对电子项，E
over
为过配位的能量矫正项，E
under
为低配位的能量矫正项，E
val
为价角能量项，E
pen
为惩罚能量项，E
tors
为扭转能量项，E
conj
为分子的共轭作用项，E
H
‑
bond
为氢键作用项，E
vdWaals
为非键范德华力作用项，E
coulomb
为非键库伦力作用项。4.如权利要求1所述的环保型气...

【专利技术属性】
技术研发人员：高青青，伍敏，赵妮，张在秦，刘朝晖，徐藩，张嘉伟，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：