[发明专利]一种环保GIS中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法

权利要求书

1.一种环保GIS中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1、读取环保气体绝缘组合电器GIS的铭牌参数，确定其内所充绝缘气体的种类G、配比C、压力P；

步骤2、根据所述气体的种类G，确定所述气体的分子平衡结构S、谐振频率F和反应势能E；

所述步骤2中具体如下：

在定核近似公式(1)、绝热近似公式(2)和单电子近似公式(3)的条件下，利用简化为齐次线性代数方程组的方程对分子轨道能级和展开系数进行迭代计算，分别根据式(4)-(6)获得所述分子平衡结构S、谐振频率F和反应势能E：

式中：表示外势能；V(r)表示固定原子核时的电子势能；φ_i(r)表示第i个单电子轨道；表示动能；表示所有无相互作用的单电子轨道的动能总和；表示电子间的相互作用；表示电子间的经典库伦相互作用；ρ表示电子密度；r表示原子核间距；ρ(r)表示r处的电子密度；r₁表示第1个原子核的位置；r₂表示第2个原子核的位置；ρ(r₁)表示r₁处的电子密度；ρ(r₂)表示r₂处的电子密度；r_β表示第β个原子核的位置；ρ(r_β)表示r_β处的电子密度；表示r_β处的平均电子密度；Z_β表示第β个原子核的电荷；δ_α表示第α个化学键的振动频率；f_α表示第α个化学键的力常数；μ_α表示第α个化学键两端原子的折合质量；表示约化普朗克常数；m表示约化质量；

步骤3、根据所述步骤3中气体的分子平衡结构S、谐振频率F和反应势能E，确定气体分解反应中过渡态结构TS的能量及分解反应系数k(T)；

步骤4、根据所述气体的种类G、配比C、压力P、分解反应及其反应系数k(T)，以及所述环保气体绝缘组合电器GIS过热故障的温度T，计算所述气体过热分解产物演化特性n_i(t)。

2.根据权利要求1所述的一种环保GIS中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法，其特征在于，所述步骤1中绝缘气体为人工合成气体C₅F₁₀O、C₄F₇N、C₆F₁₂O中的其中一种与背景气体CO₂、N₂、空气中的其中一种的混合气体。

3.根据权利要求2所述的一种环保GIS中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法，其特征在于，所述人工合成气体与背景气体的比例为5％～30％：95％～70％。

4.根据权利要求1所述的一种环保GIS中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法，其特征在于，所述步骤3具体如下：

根据所述气体的分子平衡结构S、谐振频率F和反应势能E，确定该气体分解化学反应的正向反应的化学计量数υ_ix和逆向反应的化学计量数υ′_ix，其中，x表示第x个化学反应，i表示第i个产物，过渡态结构TS的能量通过求解方程组(7)获得：

式中：s表示反应坐标，E(s)表示反应坐标s上的反应势能，根据式(7)求解得到的E(s)即为过渡态结构TS的能量

所述反应系数k(T)根据过渡态理论表示为式(8)：

式中：κ(T)表示穿透因子，k_B为玻尔兹曼常数，h为普朗克常数，R为理想气体常数，T为温度，P⁰＝0.1MPa，θ为化学反应中反应物的个数与产物的个数之差。

5.根据权利要求4所述的一种环保GIS中绝缘气体过热分解产物演化特性的计算方法，其特征在于，所述步骤4具体如下：

气体过热分解产物演化特性n_i(t)根据质量作用定律表示为式(9)：

式中：n_i(t)表示第i个产物的含量；t表示时间；i表示第i个产物；k_x(T)表示第x个化学反应的速率系数；M表示化学反应的总数；R表示理想气体常数；T表示温度；n_l表示第l个产物的含量；N表示产物的总数；υ_lx表示第x个化学反应中第l个产物前面的化学计量数；

最终获得气体过热分解产物含量随着时间的变化特性n_i(t)。