【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电气设备气体绝缘介质领域，尤其是涉及一种二元环保混合气体介电强度的计算方法。
技术介绍
1、sf6具有良好的绝缘、灭弧特性，在电力系统“输、变、配”等环节的气体绝缘电气设备中得到了广泛的应用。包括气体绝缘的开关设备(gis)、输电线路(gil)、变压器(git)和柜式封闭开关设备(c-gis)等。但sf6是目前已知最强温室气体，其全球变暖潜能值gwp为co2的24600倍。此外，sf6在大气中的寿命长达3200年，且不参加植被的光合作用等自然碳循环，产生的影响比直接排放等量co2更久远。因此，为达成“碳达峰、碳中和”目标，加速筛选或设计新环保绝缘气体，逐步取代sf6，已经成为推进电力设备绿色低碳化的关键任务。
2、sf6替代气体的研究方法可以归为两大类，即试验筛选和理论计算方法筛选。通过试验只能获得已有单一气体或混合气体的介电强度，而无法预测一种新气体或其与缓冲气体混合后的介电强度，导致新环保绝缘气体研发进展慢。迄今仍未筛选或者合成出能在电力系统中对sf6实现完全替代的单一气体，因此混合气体成为了当前最佳的暂代方案。但如果单纯通过传统试验方法筛选混合气体，工作量大且效率低。而理论计算方法则可以在更本质的层面对混合气体介电强度进行研究，突破时空限制，提升研究效率。
3、专利技术人在本申请的研究过程中发现，现有技术中，对于单一气体，已经构建了能大致估算其介电强度的构效关系模型，例如，公开号为cn112147473a的中国专利技术专利申请公开的一种高绝缘强度气体的筛选方法，公开号为cn112162
技术实现思路
1、本专利技术提供一种二元环保混合气体介电强度的计算方法，以解决现有技术中只能对单一气体的介电强度进行预测或只能采用试验研究方法获得现有混合气体绝缘强度，而无法预测未知二元混合气体或未开展试验研究的新配置二元混合气体介电强度的问题。
2、为达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种二元环保混合气体介电强度的计算方法，包括以下步骤：
4、s1，获取待测二元环保混合气体中各组分气体分子的单分子稳定结构和单分子特征参数；
5、s2，将各组分气体的单分子特征参数代入构建的单一气体相对sf6气体的介电强度计算模型，获得单一组分气体相对sf6气体的介电强度；或者由击穿试验获得已存在的单一组分气体的相对sf6气体的介电强度；
6、s3，随机产生若干个由组分气体单分子稳定结构构成的双分子团簇初始构型，对双分子团簇初始构型进行结构优化得到稳定双分子构型，再计算获取稳定双分子构型的玻尔兹曼分布；
7、s4，以稳定双分子构型的玻尔兹曼分布比例为权重，获取双分子特征参数；
8、s5，将双分子特征参数代入构建的协同效应表征系数预测模型，获得混合气体的协同效应表征系数；
9、s6，由单一组分气体相对sf6气体的介电强度和混合气体的协同效应表征系数计算低比例段的二元环保混合气体相对sf6气体的介电强度；高比例段下二元环保混合气体相对sf6气体的介电强度采用线性拟合获得，从而获得0～100％占比范围内二元环保混合气体相对sf6的介电强度。
10、进一步地，步骤s2中的单一气体介电强度计算模型为：
11、er-sf6＝0.41as+2+0.176f(el)+0.445f(αχ)+0.028f(vs,max)-0.076
12、式中，er-sf6表示该种单一气体相对sf6气体的介电强度；as+表示该种单一气体分子的正静电势表面积；el表示该种单一气体分子的最低未占轨道能量；α表示极化率；χ表示绝对电负性；vs,max表示该种单一气体分子的表面静电势最大值；
13、其中，f(el)＝0.735el-0.756，f(αχ)＝0.001(αχ)2+0.017αχ+0.089，f(vs,max)＝|-0.031vs,max2+1.032vs,max-0.011|。
14、进一步地，步骤s3具体包括以下步骤：
15、s31，采用团簇构型搜索程序molclus中的genmer分别随机生成多个由组分气体单分子稳定结构构成的双分子团簇初始构型；
16、s32，采用b3lyp/6-311g**方法对双分子团簇初始构型进行结构优化和频率验证计算，获得无虚频的稳定双分子构型；
17、s33，获得无虚频的稳定双分子构型后，使用molclus中的isostat工具，去除能量相近和几何结构相似度过高的稳定双分子构型，参数设置使用程序中的默认值，即区分团簇的能量阈值为0.5kcal/mol，区分团簇的几何阈值为
18、s34，采用m06-2x/6-311+g**方法计算稳定双分子构型的能量；
19、s35，构建得到稳定双分子构型的玻尔兹曼分布比例计算方法：
20、
21、其中，i,j是稳定双分子构型的编号，ni和nj分别表示第i、j个稳定双分子构型，bi是第i个稳定双分子构型所占比例，e是稳定双分子构型的能量，δei和δej分别是第i、j个稳定双分子构型的能量与所有稳定双分子构型中能量最低值emin的差值，t是温度，r是理想气体常数。
22、进一步地，步骤s4中，以步骤s3中计算获得的各个稳定双分子构型的玻尔兹曼分布比例为权重分别计算得到稳定双分子构型的双分子特征参数；所述稳定双分子构型的双分子特征参数包括平均结合能△eint-w/n、平衡度ν、静电势负偏差和体积v，其中，结合能△eint计算时采用均衡校正法消除基组重叠误差，△eint-w为加权计算后的结合能，n为双分子构型中原子的个数。
23、进一步地，步骤s5中的协同效应表征系数预测模型为：
24、
25、式中，n为协同效应表征系数。
26、进一步地，由单一组分气体相对sf6气体的介电强度和混合气体的协同效应表征系数计算低比例段的二元环保混合气体相对sf6气体的介电强度的方法为：
27、将步骤s2中获得的单一气体相对sf6的介电强度和s5中获得的协同效应表征系数n值代入下式获得低比例段二元环保混合气体相对sf6气体的介电强度：
28、
29、其中，emr-l、emr、ebfr分别为二元环保混合气体、环保电亲和性气体纯气和缓冲气体纯气相对sf6的介电强度，emr-l指的是低比例段下二元环保混合气体相对sf6的介电强度；k是环保电亲和性气体在混合气体中本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤S2中的单一气体介电强度计算模型为：
3.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤S3具体包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤S4中，以步骤S3中计算获得的各个稳定双分子构型的玻尔兹曼分布比例为权重分别计算得到稳定双分子构型的双分子特征参数；所述稳定双分子构型的双分子特征参数包括平均结合能△Eint-w/n、平衡度ν、静电势负偏差和体积V，其中，结合能△Eint计算时采用均衡校正法消除基组重叠误差，△Eint-w为加权计算后的结合能，n为双分子构型中原子的个数。
5.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤S5中的协同效应表征系数预测模型为：
6.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，由单一组分气体相对SF6气体的介电强度和混合气体的协同
7.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤S6中的低比例段指的是环保电亲和性气体在混合气体中占摩尔比k为0＜k≤20％的部分；高比例段指的是环保电亲和性气体在混合气体中占摩尔比k为20＜k＜100％的部分。
8.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤S6中高比例段下二元环保混合气体相对SF6气体的介电强度采用线性拟合指的是将步骤S6中当环保电亲和性气体在混合气体的占摩尔比k＝20％时获得的二元环保混合气体相对SF6气体的介电强度的计算结果与步骤S2中获得的环保电亲和性气体单一组分气体相对SF6的介电强度作线性拟合。
...【技术特征摘要】
1.一种二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤s2中的单一气体介电强度计算模型为：
3.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤s3具体包括以下步骤：
4.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤s4中，以步骤s3中计算获得的各个稳定双分子构型的玻尔兹曼分布比例为权重分别计算得到稳定双分子构型的双分子特征参数；所述稳定双分子构型的双分子特征参数包括平均结合能△eint-w/n、平衡度ν、静电势负偏差和体积v，其中，结合能△eint计算时采用均衡校正法消除基组重叠误差，△eint-w为加权计算后的结合能，n为双分子构型中原子的个数。
5.如权利要求1所述的二元环保混合气体介电强度的计算方法，其特征在于，步骤s5中的协同效应表征...
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