一种断路器的环保绝缘气体组合等效性分析方法及装置与流程

本技术涉及电气设备，尤其涉及一种断路器的环保绝缘气体组合等效性分析方法及装置。

背景技术：

1、气体绝缘介质六氟化硫(sf6)，因其优异的绝缘和灭弧特性以及稳定的物理化学性质，已被广泛应用于各种气体绝缘开关电气设备中，承担绝缘灭弧的重要角色。但sf6作为六种温室效应气体之一，2021年最新评估其全球变暖潜力值约为co2的25200倍，随着全球气候变化形势日益严峻，亟需寻找到具有替代sf6潜力的环保绝缘气体。所以，近几年相关研究持续开展，以c4f7n、c5f10o等为代表的环保绝缘气体在环保和绝缘上的良好性能使得取代sf6成为可能，目前相关先进企业已开展它们在实际应用中的绝缘表现的研究工作。

2、气体绝缘开关电气设备(gis)中，以sf6气体作为绝缘灭弧介质的气体绝缘断路器(gas circuit breaker，gcb)最具代表，其突出特点包括灭弧速度快、不易复燃、可靠性高等，已经得到了极为广泛的应用。目前针对c4f7n/co2、c5f10o/co2等环保绝缘混合气体应用在气体断路器中的绝缘性能，如短路电流开断特性、灭弧性能等已开展相关计算研究。

3、但是现有技术在开展环保绝缘气体断路器不同配气组合间的等效性理论分析的过程中，对不同环保绝缘气体绝缘机理的探索较薄弱，而且也无法高效准确的分析出不同配气组合间的绝缘性能与其所用环保绝缘气体元素组成的关系；这就导致实际的气体绝缘开关电气设备的环保绝缘气体组合在实际工程应用效果较差。

技术实现思路

1、本技术提供了一种断路器的环保绝缘气体组合等效性分析方法及装置，用于解决现有技术缺乏对不同环保绝缘气体的绝缘机理的探索，且对不同配气组合间的绝缘性能与其所用环保绝缘气体元素组成的关系的研究缺乏准确性，导致实际应用效果较差的技术问题。

2、有鉴于此，本技术第一方面提供了一种断路器的环保绝缘气体组合等效性分析方法，包括：

3、对所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合分别进行物质参数计算，得到第一物质参数和第二物质参数；

4、基于所述物质参数构建所述第一配气组合和所述第二配气组合的等效公式后，根据所述等效公式化简出等效条件；

5、通过所述等效条件分析所述第一配气组合和所述第二配气组合之间的等效类型，所述等效类型包括单元素等效、多元素等效和组合元素等效；

6、采用电弧击穿的方式对所述等效类型进行基于临界电场强度的验证计算，得到绝缘等效验证结果。

7、优选地，所述对所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合分别进行物质参数计算，得到第一物质参数和第二物质参数，包括：

8、分别获取所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合中不同的环保绝缘气体分子式，并基于所述环保绝缘气体分子式确定不同元素占比；

9、基于所述元素占比分别计算所述第一配气组合和所述第二配气组合的物质参数，得到第一物质参数和第二物质参数，所述物质参数包括物质量和物质量分数。

10、优选地，所述分别获取所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合中不同的环保绝缘气体分子式，并基于所述环保绝缘气体分子式确定不同元素占比，还包括：

11、对所述第一配气组合和所述第二配气组合中的元素分别进行元素排序操作，得到排序元素；

12、对所述排序元素进行标记处理，得到标号元素序列。

13、优选地，所述对所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合分别进行物质参数计算，得到第一物质参数和第二物质参数，之前还包括：

14、基于环保绝缘气体特性和混合气体液化温度限制配置第一混合气体和第二混合气体，得到第一配气组合和第二配气组合；

15、所述第一配气组合和所述第二配气组合均包括一元环保绝缘气体混合配气类型、二元环保绝缘气体混合配气类型和三元环保绝缘气体混合配气类型。

16、优选地，所述通过所述等效条件分析所述第一配气组合和所述第二配气组合之间的等效类型，所述等效类型包括单元素等效、多元素等效和组合元素等效，之后还包括：

17、若所述等效类型为所述单元素等效或者所述多元素等效，则根据所述物质参数计算元素剩余比例；

18、基于所述元素剩余比例判断所述第一配气组合与所述第二配气组合之间的等效偏离的程度，得到等效偏离度。

19、优选地，所述采用电弧击穿的方式对所述等效类型进行基于临界电场强度的验证计算，得到绝缘等效验证结果，包括：

20、采用电弧击穿的方式对所述等效类型的配气组合进行放电分解，得到多种分解气体；

21、根据所述分解气体确定气体化学方程式后，基于所述气体化学方程式求解不同气体微粒的化学反应势；

22、基于所述化学反应势计算每个微粒的物质量分数，得到微粒物质量分数；

23、依据所述微粒物质量分数和预设反应截面分别计算碰撞电离系数和电子附着系数，所述预设反应截面包括电子碰撞电离反应截面和电子碰撞附着反应截面；

24、求解所述碰撞电离系数和所述电子附着系数相等时的电场强度，得到临界电场强度；

25、若所述第一配气组合与所述第二配气组合的所述临界电场强度相同，则判断两个配气组合绝缘等效，否则，两个配气组合不等效，得到绝缘等效验证结果。

26、本技术第二方面提供了一种断路器的环保绝缘气体组合等效性分析装置，包括：

27、参数计算单元，用于对所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合分别进行物质参数计算，得到第一物质参数和第二物质参数；

28、等效分析单元，用于基于所述物质参数构建所述第一配气组合和所述第二配气组合的等效公式后，根据所述等效公式化简出等效条件；

29、等效分类单元，用于通过所述等效条件分析所述第一配气组合和所述第二配气组合之间的等效类型，所述等效类型包括单元素等效、多元素等效和组合元素等效；

30、等效验证单元，用于采用电弧击穿的方式对所述等效类型进行基于临界电场强度的验证计算，得到绝缘等效验证结果。

31、优选地，所述参数计算单元，具体用于：

32、分别获取所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合中不同的环保绝缘气体分子式，并基于所述环保绝缘气体分子式确定不同元素占比；

33、基于所述元素占比分别计算所述第一配气组合和所述第二配气组合的物质参数，得到第一物质参数和第二物质参数，所述物质参数包括物质量和物质量分数。

34、优选地，还包括：

35、剩余比例计算单元，用于若所述等效类型为所述单元素等效或者所述多元素等效，则根据所述物质参数计算元素剩余比例；

36、等效偏离分析单元，用于基于所述元素剩余比例判断所述第一配气组合与所述第二配气组合之间的等效偏离的程度，得到等效偏离度。

37、优选地，所述等效验证单元，包括：

38、放电分解子单元，用于采用电弧击穿的方式对所述等效类型的配气组合进行放电分解，得到多种分解气体；

39、方程计算子单元，用于根据所述分解气体确定气体化学方程式后，基于所述气体化学方程式求解不同气体微粒的化学反应势；

40、化学计算子单元，用于物质基于所述化学反应势计算每个微粒的物质量分数，得到微粒物质量分数；

41、系数计算子单元，用于依据所述微粒物质量分数和预设反应截面分别计算碰撞电离系数和电子附着系数，所述预设反应截面包括电子碰撞电离反应截面和电子碰撞附着反应截面；

42、场强计算子单元，用于求解所述碰撞电离系数和所述电子附着系数相等时的电场强度，得到临界电场强度；

43、分析判断子单元，用于若所述第一配气组合与所述第二配气组合的所述临界电场强度相同，则判断两个配气组合绝缘等效，否则，两个配气组合不等效，得到绝缘等效验证结果。

44、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：

45、本技术中，提供了一种断路器的环保绝缘气体组合等效性分析方法，包括：对所含元素种类相同，且总摩尔质量相同的第一配气组合和第二配气组合分别进行物质参数计算，得到第一物质参数和第二物质参数；基于物质参数构建第一配气组合和第二配气组合的等效公式后，根据等效公式化简出等效条件；通过等效条件分析第一配气组合和第二配气组合之间的等效类型，等效类型包括单元素等效、多元素等效和组合元素等效；采用电弧击穿的方式对等效类型进行基于临界电场强度的验证计算，得到绝缘等效验证结果。

46、本技术提供的断路器的环保绝缘气体组合等效性分析方法，通过构建配气组合等效性分析的等效方程确定等效条件，从而分析不同环保绝缘气体组合之间的绝缘等效性；在此过程中引入电弧击穿的放电方法对配气组合之间的等效性进行验证，能够确保绝缘等效性分析结果的准确性和可靠性；且采用不同配气组合时绝缘性能的等效性分析过程能够为实际配气选择提供可靠的理论指导。因此，本技术能够解决现有技术缺乏对不同环保绝缘气体的绝缘机理的探索，且对不同配气组合间的绝缘性能与其所用环保绝缘气体元素组成的关系的研究缺乏准确性，导致实际应用效果较差的技术问题。