[发明专利]一种检测放电工况下断路器中气体分解产物的方法及系统

说明书

本发明公开了一种检测放电工况下断路器中气体分解产物的方法及系统，包括以下步骤：1)首先，基于密度泛函理论方法将气体分子优化，并构建气体分子的阳离子和阴离子结构；2)对气体分子进行柔性势能面扫描计算以确定粒子中各个化学键键能的大小，进而确定分子及离子的解离路径；3)重复步骤1)；4)分析解离后自由基之间以及自由基与分子之间的复合过程，分析电离后离子之间以及离子与分子之间的复合过程；5)利用薛定谔方程计算中性分子，正离子和负离子的能量，计算气体分子及其产物的亲和能以及电离能，评估其电离或吸附的难易程度；6)搭建局部放电分解产物检测的实验平台，检测放电工况下绝缘气体的分解产物。

【技术领域】

本发明属于电气绝缘介质领域，尤其涉及一种检测放电工况下断路器中气体分解产物的方法及系统。

【背景技术】

SF₆由于其很好的绝缘和灭弧性能，广泛应用于高压电力设备。然而，SF₆是一种具有极高全球变暖潜能值的温室气体，为CO₂气体的23500倍，并且在大气中的寿命非常长，已列为集中排放受限制的温室气体之一。近两年，3M公司和ALSTOM合作，研发出一种新型环保气体C₄F₇N应用于GIS、GIL高压设备中。

然而，新型环保绝缘气体能否替代SF₆气体用于实际电力设备中，除了其电气性能外，还需考虑放电条件下气体的分解特性。通过分析分解产物的种类、变化和形成，从而为设备的故障检测和运行维护提供指导。

【发明内容】

本发明的目的在于解决目前环境友好型绝缘气体在电力设备中放电分解产物对设备故障检测和运行维护提供指导的问题，提供一种检测放电工况下断路器中气体分解产物的方法及系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种检测放电工况下断路器中气体分解产物的方法，包括以下步骤：

步骤1，利用密度泛函理论对气体各粒子进行优化，并分别构建各气体粒子对应的模型；

步骤2，根据各气体粒子中化学键键能的大小，确定初始状态下气体分子的解离路径或电离路径；

步骤3，基于密度泛函理论对解离路径上涉及气体粒子的结构进行优化，并构建解离路径或电离路径上涉及气体粒子的模型；

步骤4，重复步骤1)至步骤3)，验证不同泛函和基组下的计算结果，与NIST-JANAFThermochemical Tables数据库中的数据进行对比，根据对比结果确定精度最高的泛函与基组；

步骤5，利用薛定谔方程计算气体中性分子、正离子和负离子的能量，通过能量关系计算气体分子及其产物的亲和能与电离能，根据得到的亲和能与电离能，评估气体分子电离或吸附的难易程度；

步骤6，检测放电工况下气体的分解产物，分析分解产物的形成机理。

本发明方法的进一步改进在于：

所述步骤1中，气体粒子包括气体分子、正离子、负离子和自由基。

所述步骤6中，通过搭建局部放电分解产物检测实验平台，基于气相色谱质谱法检测放电工况下气体的分解产物。

一种检测放电工况下断路器中气体分解产物的系统，包括局部放电检测装置，所述局部放电检测装置包括检测电极，所述检测电极包括检测腔体以及设置于检测腔体内的针电极和板电极，所述针电极和板电极连接在变压器T的副边绕组上，并通过变压器T与电源相连；所述变压器T副边绕组一端串联保护电阻R1后分别与针电极和耦合电容C相连，另一端串联检测阻抗R2后与板电极相连，且板电极接地；耦合电容C的另一端连接在变压器T副边绕组与检测阻抗R2之间；检测阻抗R2与局部放电分析仪电连接；检测电极的检测腔体通过气体循环泵与气相质谱色谱联用仪相连，气相质谱色谱联用仪与计算机连接。