SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法技术

本发明专利技术提供一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，包括构建SF6断路器喷口PTFE的分子模型，并将分子模型填充至三维周期性的模型盒子中；对模型盒子进行结构优化、退火和弛豫，获得优化后的模型；对优化后的模型进行分子动力学计算，模拟PTFE分子裂解的过程，得到PTFE分子裂解的过程的分解组分；对分解组分进行统计计算，完成SF6断路器喷口PTFE材料分解机理的研究。该方法通过分子动力学计算，从微观原子角度研究喷口PTFE的分解路径，排除实验可能存在的H2O和O2等杂质、吸附剂以及其他绝缘材料等因素的影响，结果具有可靠性，有效明确了喷口PTFE材料的裂解机理。有效明确了喷口PTFE材料的裂解机理。有效明确了喷口PTFE材料的裂解机理。

【技术实现步骤摘要】
SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法


[0001]本专利技术属于电力
，涉及一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法。

技术介绍

[0002]随着电力工业的快速发展，高压开关设备的安全与可靠运行至关重要。喷口是高压SF6断路器灭弧装置中控制电弧、创造高速气吹的核心部件。断路器开断短路电流时，高温高能量的电弧会导致喷口表面烧蚀，烧蚀严重时会极大地损害断路器的开断性能，甚至可能导致开断失败。因此，喷口烧蚀程度是影响断路器电寿命的重要因素，及时有效地检测喷口烧蚀情况对保障断路器的安全稳定运行具有重要意义。喷口主要由聚四氟乙烯(PTFE)材料构成，喷口烧蚀会导致其表面的PTFE材料气化，理论上产生的PTFE蒸气会参与到SF6分解产物的生成反应中并显著影响部分SF6分解产物的种类和浓度。因此，可以通过分解产物分析实现对喷口材料烧蚀程度的评估，进而为断路器是否需要停运提供重要判据。
[0003]然而，电弧放电后断路器灭弧室内分解产物的生成反应十分复杂，目前通过实验仅能检测得到分解产物的种类，同时需考虑H2O和O2等杂质、吸附剂以及其他绝缘材料等因素的影响，无法有效明确哪些产物是与PTFE喷口烧蚀有关，使得喷口材料烧蚀的SF6特征分解产物选取和浓度阈值缺乏依据，而且喷口材料的分解路径及其与SF6分解产物之间的关联尚不明确。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，从而解决现有技术中通过实验手段无法明确电弧放电后断路器灭弧室内产物与喷口烧蚀潜伏性故障关系的技术问题。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，包括以下步骤：
[0007]S1：构建SF6断路器喷口PTFE的分子模型，并将所述分子模型填充至三维周期性的模型盒子中；
[0008]S2：对所述模型盒子进行结构优化、退火和弛豫，获得优化后的模型；
[0009]S3：对所述优化后的模型进行分子动力学计算，模拟PTFE分子裂解的过程，得到PTFE分子裂解的过程的分解组分；
[0010]S4：对所述分解组分进行统计计算，获取所述SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物。
[0011]优选的，所述步骤S1中，通过Materials Studio软件的Build功能构建PTFE分子模型，并将所述PTFE分子模型随机填充至三维周期性盒子中，并设置PTFE分子模型的密度。
[0012]优选的，所述步骤S2中，通过Materials Studio软件的Forcite模块对所构建的模型进行优化。
[0013]优选的，所述优化过程具体为：先通过迭代程序对构建的PTFE分子模型进行结构优化，然后对结构进行五个循环的周期性退火模拟，选取能量最低的一帧模型，在NVT和NPT系综下分别进行弛豫模拟，完成所述优化过程。
[0014]优选的，在所述NVT系综下进行弛豫模拟时，通过恒温器改变牛顿经典运动方程保持恒定温度；在所述NPT系综下进行弛豫模拟时，通过恒温器和恒压器保持温度和压力的恒定。
[0015]优选的，所述退火模拟过程具体为通过周期性地增加然后降低经典动力学轨迹的温度确定低能量结构的构象空间。
[0016]优选的，所述步骤S3中，通过Materials Studio软件GULP模块的ReaxFF6.0力场对所述优化后的模型进行分子动力学计算，模拟PTFE分子裂解的过程。
[0017]一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取系统，包括：
[0018]模型构建模块：所述模型构建模块用于构建SF6断路器喷口PTFE的分子模型，并将所述分子模型填充至三维周期性的模型盒子中；
[0019]模型优化模块：所述模型优化模块用于对所述模型盒子进行结构优化、退火和弛豫，获得优化后的模型；
[0020]模型运行模块：所述模型运行模块用于对所述优化后的模型进行分子动力学计算，模拟PTFE分子裂解的过程，得到PTFE分子裂解的过程的分解组分；
[0021]结果输出模块：所述结果输出模块用于对所述分解组分进行统计计算，并输出所述SF6断路器喷口PTFE材料的分解机理。
[0022]一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。
[0023]一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0025]一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，通过分子动力学计算，从微观原子角度研究喷口PTFE材料的分解路径，模拟PTFE分子裂解的过程，得到PTFE分子裂解过程的分解组分，并对该分解组分进行统计计算，明确了喷口PTFE材料的裂解产物与H2O、O2以及SF6分解产物的作用过程，并得到了相应的反应产物，有效明确了与PTFE材料裂解有关的反应产物，确定了电弧放电后断路器灭弧室内产物与喷口烧蚀潜伏性故障关系，为喷口烧蚀故障诊断的特征分解产物选取提供了参考依据。
[0026]进一步的，步骤S1中通过Materials Studio软件的Build功能构建PTFE分子模型，并将PTFE分子模型随机填充至三维周期性盒子中，并设置PTFE分子模型的密度，可有效防止初始结构的不合理。
[0027]进一步的，对所构建的模型进行优化的具体过程为先通过迭代程序对构建的PTFE分子模型进行结构优化，然后对结构进行五个循环的周期性退火模拟，选取能量最低的一帧模型，在NVT和NPT系综下分别进行弛豫模拟，完成所述优化过程，可使得初始模型结构更加合理。
[0028]进一步的，退火模拟过程具体为通过周期性地增加然后降低经典动力学轨迹的温度确定低能量结构的构象空间，有效避免了将模拟的结构困在局部能量最小的构象中。
[0029]进一步的，步骤S3中通过Materials Studio软件GULP模块的ReaxFF 6.0力场对所述优化后的模型进行分子动力学计算，模拟PTFE分子裂解的过程，ReaxFF力场为当前最主流的化学反应力场，可以在键级的基础上实现非键态和单、双、三键态之间的平滑过渡，从而描述复杂体系的化学反应。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0031]图1为本专利技术中一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法的实施流程图；
[0032]图2为本专利技术中一种SF6断路本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：构建SF6断路器喷口PTFE的分子模型，并将所述分子模型填充至三维周期性的模型盒子中；S2：对所述模型盒子进行结构优化、退火和弛豫，获得优化后的模型；S3：对所述优化后的模型进行分子动力学计算，模拟PTFE分子裂解的过程，得到PTFE分子裂解的过程的分解组分；S4：对所述分解组分进行统计计算，获取所述SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物。2.根据权利要求1所述的一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，其特征在于，所述步骤S1中，通过Materials Studio软件的Build功能构建PTFE分子模型，并将所述PTFE分子模型随机填充至三维周期性盒子中，并设置PTFE分子模型的密度。3.根据权利要求1所述的一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过Materials Studio软件的Forcite模块对所构建的模型进行优化。4.根据权利要求3所述的一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，其特征在于，所述优化过程具体为：先通过迭代程序对构建的PTFE分子模型进行结构优化，然后对结构进行五个循环的周期性退火模拟，选取能量最低的一帧模型，在NVT和NPT系综下分别进行弛豫模拟，完成所述优化过程。5.根据权利要求4所述的一种SF6断路器喷口烧蚀潜伏性故障特征分解产物获取方法，其特征在于，在所述NVT系综下进行弛豫模拟时，通过恒温器改变牛顿经典运动方程保持恒定温度；在所述NPT系综下进行弛豫模拟时，通过恒温器和恒压器保...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐孟元，杨韧，赵丹晨，闫静，韩彦华，汪金星，薛军，李旭，李久红，张军，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：