一种气体灭弧性能的判断方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种气体灭弧性能的判断方法及系统，其中方法，包括：利用吉布斯自由能最小化原理，结合电中性条件、物质守恒条件及道尔顿分压定律，计算随温度和压强变化的气体组分；根据所述随温度和压强变化的气体组分，运用标准的热力学关系计算气体的热力学性质；利用Chapman

【技术实现步骤摘要】
一种气体灭弧性能的判断方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力系统
，特别是涉及一种气体灭弧性能的判断方法及系统。

技术介绍

[0002]随着科学的发展，自上世纪70年代以来，SF6逐渐成为电力系统中应用最广泛的绝缘与灭弧介质。然而，SF6是一种强温室效应气体，它的全球变暖潜能(Global Warming Potential，GWP)是CO2的23900倍。1997年各国签订的《京都议定书》中就把它规定为重点关注且未来限制使用的气体。因此，在电力行业中实现完全SF6替代是未来很长一段时间内进行绿色化转型升级的必由之路，研究SF6替代气体的灭弧性能也是目前的热点问题。由于能量守恒定律的约束，GCB开断短路电流时，必然会产生电弧以实现能量的快速耗散。这是一个电磁场与气流场等多物理场高度耦合的复杂过程。了解不同的灭弧介质的物性参数有利于对气体介质的固有微观属性进行系统的对比从微观角度可以定性地评估不同气体介质的灭弧能力，从而对灭弧介质种类和充气压力等因素的选择做出预判，减少了研究过程中的工作量。

技术实现思路

[0003]为解决以上现有技术问题，本专利技术提供一种气体灭弧性能的判断方法及系统，通过计算物性参数来判断气体的热量耗散能力从而定性分析其灭弧性能，可以作为选择灭弧介质的一种预测手段和判据。
[0004]本专利技术第一方面提供一种气体灭弧性能的判断方法，包括：
[0005]利用吉布斯自由能最小化原理，结合电中性条件、物质守恒条件及道尔顿分压定律，计算随温度和压强变化的气体组分；
[0006]根据所述随温度和压强变化的气体组分，运用标准的热力学关系计算气体的热力学性质；其中，所述气体的热力学性质包括：密度、焓值及定压比热：
[0007]利用Chapman
‑
Enskog方法求解玻尔兹曼方程，得到粒子的速度分布函数变化，并根据粒子的速度分布函数变化计算得到粒子的输运系数；其中，所述粒子的输运系数包括：热导率、电导率、粘性系数；
[0008]根据所述热力学性质及所述输运系数，判断气体灭弧性能。
[0009]进一步地，所述根据所述热力学性质及所述输运系数，判断气体灭弧性能，包括：
[0010]根据所述热力学性质判断能量耗散情况，若所述能量耗散越高，则气体灭弧性能越好；其中，所述气体的热力学性质包括：密度、焓值及定压比热：
[0011]根据所述输运系数判断气体灭弧性能，若所述输运系数越高，则气体灭弧性能越好。
[0012]进一步地，所述根据所述输运系数判断气体灭弧性能，若所述输运系数越高，则气体灭弧性能越好，包括：
[0013]根据所述热导率判断气体灭弧性能，若所述热导率越高，则气体灭弧性能越好；
[0014]根据所述电导率判断气体灭弧性能，若所述电导率越高，则气体灭弧性能越好；
[0015]根据所述粘性系数判断气体灭弧性能，若所述粘性系数越高，则气体灭弧性能越好。
[0016]进一步地，所述吉布斯自由能，通过以下公式表示：
[0017][0018]其中，G为吉布斯自由能，i代表粒子，N为粒子种类数，n
i
为粒子i的数密度，μ
i
为粒子i的化学式；
[0019]所述粒子i的化学式，通过以下公式计算：
[0020][0021]其中，μ
i
为粒子i的化学式，为粒子i的标准态化学式，R为理想气常数，T为温度，n
i
为粒子i的数密度，j代表粒子，N为粒子种类数，n
j
为粒子j的数密度，p为总压力，p0为参考压力；
[0022]所述电中性条件，通过以下公式表示：
[0023]n
e
＝∑
i
n
i
z
i
；
[0024]其中，n
e
为电中性，i代表粒子，n
i
为粒子i的数密度，z
i
为粒子i的带的正电荷的量；
[0025]所述物质守恒条件，通过物质守恒定律表示：
[0026][0027]其中，n
S
为元素S的数量，n
F
为元素F的数量，Const为常数；
[0028]所述道尔顿分压定律，通过以下公式表示：
[0029]P
i
＝n
i
kT；
[0030]P
total
＝∑
i
P
i
；
[0031]其中，P
total
为所有粒子的分压之和，i代表粒子，P
i
为粒子i的压力，n
i
为粒子i的数密度，k为玻尔兹曼常数，T为温度。
[0032]进一步地，所述密度，通过以下公式计算：
[0033][0034]其中，ρ为密度，i代表粒子，N为单位体积的粒子数，n
i
为粒子i的数密度，m
i
为粒子i的质量；
[0035]所述焓值，通过以下公式计算：
[0036][0037][0038]其中，h为焓值，ρ为密度，i代表粒子，N为单位体积的粒子数，n
i
为粒子i的数密度，m
i
为粒子i的质量，h
i
为粒子i的焓值，m为总的物质质量，k为玻尔兹曼常数，T为温度，Z
i
为粒
子i的内部分配函数，为标准生成焓；
[0039]所述定压比热，通过以下公式计算：
[0040][0041]其中，C
p
为定压比热，h为焓值，T为温度，p为压力，Const为常数；
[0042]所述电导率，通过以下公式计算：
[0043][0044]其中，σ为电导率，e为单位电荷，n
e
为电荷数密度，m
e
为电子质量，k为玻尔兹曼常数，T为温度，q
ij
由粒子的碰撞积分计算得到；
[0045]所述热导率，通过以下公式计算：
[0046]k＝k
trans
+k
in
+k
reac
；
[0047]其中，k为热导率，k
trans
为平动热导率，k
in
为内部热导率，k
reac
为反应热导率；
[0048]所述粘性系数，通过以下公式计算：
[0049][0050]其中，τ为粘性系数，μ为动力黏度，u为法向速度，y为垂直于流动方向的方向。
[0051]本专利技术第二方面提供一种气体灭弧性能的判断系统，包括：
[0052]气体组分计算模块，用于利用吉布斯自由能最小化原理，结合电中性条件、物质守恒条件及道尔顿分压定律，计算随温度和压强变化的气体组分；
[0053]热力学性质计算模块，用于根据所述随温度和压强变化的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气体灭弧性能的判断方法，其特征在于，包括：利用吉布斯自由能最小化原理，结合电中性条件、物质守恒条件及道尔顿分压定律，计算随温度和压强变化的气体组分；根据所述随温度和压强变化的气体组分，运用标准的热力学关系计算气体的热力学性质；其中，所述气体的热力学性质包括：密度、焓值及定压比热；利用Chapman
‑
Enskog方法求解玻尔兹曼方程，得到粒子的速度分布函数变化，并根据粒子的速度分布函数变化计算得到粒子的输运系数；其中，所述粒子的输运系数包括：热导率、电导率、粘性系数；根据所述热力学性质及所述输运系数，判断气体灭弧性能。2.如权利要求1所述的一种气体灭弧性能的判断方法，其特征在于，所述根据所述热力学性质及所述输运系数，判断气体灭弧性能，包括：根据所述热力学性质判断能量耗散情况，若所述能量耗散越高，则气体灭弧性能越好；其中，所述气体的热力学性质包括：密度、焓值及定压比热；根据所述输运系数判断气体灭弧性能，若所述输运系数越高，则气体灭弧性能越好。3.如权利要求2所述的一种气体灭弧性能的判断方法，其特征在于，所述根据所述输运系数判断气体灭弧性能，若所述输运系数越高，则气体灭弧性能越好，包括：根据所述热导率判断气体灭弧性能，若所述热导率越高，则气体灭弧性能越好；根据所述电导率判断气体灭弧性能，若所述电导率越高，则气体灭弧性能越好；根据所述粘性系数判断气体灭弧性能，若所述粘性系数越高，则气体灭弧性能越好。4.如权利要求1所述的一种气体灭弧性能的判断方法，其特征在于，所述吉布斯自由能，通过以下公式表示：其中，G为吉布斯自由能，i代表粒子，N为粒子种类数，n
i
为粒子i的数密度，μ
i
为粒子i的化学式；所述粒子i的化学式，通过以下公式计算：其中，μ
i
为粒子i的化学式，为粒子i的标准态化学式，R为理想气常数，T为温度，n
i
为粒子i的数密度，j代表粒子，N为粒子种类数，n
j
为粒子j的数密度，p为总压力，p0为参考压力；所述电中性条件，通过以下公式表示：n
e
＝∑
i
n
i
z
i
；其中，n
e
为电中性，i代表粒子，n
i
为粒子i的数密度，z
i
为粒子i的带的正电荷的量；所述物质守恒条件，通过物质守恒定律表示：其中，n
S
为元素S的数量，n
F
为元素F的数量，Const为常数；所述道尔顿分压定律，通过以下公式表示：
P
i
＝n
i
kT；P
total
＝∑
i
P
i
；其中，P
total
为所有粒子的分压之和，i代表粒子，P
i
为粒子i的压力，n
i
为粒子i的数密度，k为玻尔兹曼常数，T为温度。5.如权利要求1所述的一种气体灭弧性能的判断方法，其特征在于，所述密度，通过以下公式计算：其中，ρ为密度，i代表粒子，N为单位体积的粒子数，n
i
为粒子i的数密度，m...

【专利技术属性】
技术研发人员：王增彬，宋坤宇，李谦，赵晓凤，魏俊涛，杨贤，李兴旺，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：