CN112464482A - 一种sf6电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，它包括：步骤1、建立气体绝缘全封闭组合电器室几何模型；步骤2、建立数学模型；所述数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程；步骤3、设定初始条件；步骤4、分析SO₂气体单独扩散、HF气体单独扩散以及H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应；步骤5、对气体扩散效应的结果进行分析得出结论；解决了现有技术针对电气设备SF₆气体进行分析，由于不了解气体组分在内部的扩散特性，导致设备故障诊断方面尚存在不足，严重阻碍了设备故障诊断技术的发展等技术问题。

Description

一种SF6电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法

技术领域

本发明属于六氟化硫气体监测技术，尤其涉及一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法。

背景技术

六氟化硫(SF₆)气体由于其优良的绝缘以及灭弧性能而被广泛应用于各类高压电气设备中。但是由于在设计、制造、安装和运行维护等诸方面存在的一些缺陷，设备故障时有发生。充装SF₆的全封闭组合电器(GIS)在运行过程中曾多次发生故障，当设备内部发生放电或过热等故障时，SF₆气体会分解产生SO₂、HF、H₂S等表征设备故障的特征组分气体。关于SF₆特征组分气体的检测方法有两种，一种是在线监测，另一种是离线检测。在线监测是指安装在设备取气口处的特征组分气体在线测量装置对封闭体系下的特征组份气体进行在线监测，在线监测方法有红外光谱法、电化学传感器法等。离线检测则是将设备中的气体引出后再利用分解产物仪进行测量，气体组分检测技术曾发现多起设备故障，在保证设备安全运行方面起到重要的作用。

然而，由于不了解气体组分在内部的扩散特性，导致设备故障诊断方面尚存在不足，严重阻碍了设备故障诊断技术的发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，以解决现有技术针对电气设备SF₆气体进行分析，由于不了解气体组分在内部的扩散特性，导致设备故障诊断方面尚存在不足，严重阻碍了设备故障诊断技术的发展等技术问题。

本发明的技术方案是：

一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，它包括：

步骤1、建立气体绝缘全封闭组合电器室几何模型；

步骤2、建立数学模型；所述数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程；

步骤3、设定初始条件；

步骤4、分析SO₂气体单独扩散、HF气体单独扩散以及H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应；

步骤5、对气体扩散效应的结果进行分析，得出结论。

步骤1所述建立气体绝缘全封闭组合电器室几何模型为：模型分为两个部分，其中大圆柱为气体绝缘全封闭组合电器室GIS，圆柱直径为650mm，长为2000mm，上方有小圆柱取气口，直径为10mm，长为150mm；采用Ansys Fluent Meshing工具划分网格，网格数为12843个，网格质量均在0.8以上。

步骤2所述建立数学模型；所述数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程的公式为：

质量守恒方程：

式中，ρ为气体密度，μ_j为湍流粘性系数的径向分量，t为时间，x_j表示特征组分气体气体沿腔体径向的位移，S_m为源项；

动量守恒方程：

X方向：

Y方向：

Z方向：

u、v、w为速度矢量在x、y、z方向的分量，S_u、S_v和S_w和是动量方程的广义源项；μ为湍流黏性系数；

能量守恒方程：

T为流体温度；k_t为流体的湍流导热系数；c_p为混合气体的定压比热；c_pr为SO₂定压比热；c_pa为SF₆的定压比热；ω为重气质量比例；为常数，常取1；μ_t为流体的湍流粘性系数；

组分输运方程：

SF₆分解产生特征组分气体，需要利用组分输运方程计算局部每相的质量分数。由组分质量守恒定律可以得到气体扩散组分方程：

式中：ω为每一组分的质量分数，D_m为湍流扩散系数。

所述初始条件包括：气室内压力为0.4Mpa，室内的温度为300K，采用非耦合瞬态的方法进行求解，整个模型是封闭体系即取气口不打开，气体的扩散通过浓度差以及分子热运动进行；忽略设备内部母线或机构在空间上对扩散过程的影响，定义设备内部特征组份气体最大和最小浓度差小于等于1μL·L^-1时，认为特征组份气体扩散达到均匀。

所述分析HF气体单独扩散情况下气体扩散效应的方法为：模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SF₆气体，在设备左下位置处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的HF，使用FLUENT软件模拟HF气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果；它具体包括：

在封闭体系下，经过1000s的扩散，设备内部的HF的最大浓度由原来的5000μL·L^-1下降到44.6μL·L^-1，设备内部HF的浓度呈现一个从左上到右下、从大到小的一个浓度梯度，最大浓度在设备的左上方，浓度大小为44.6μL·L^-1，最小浓度在设备的底部，浓度大小为24.4μL·L^-1；经过3000s的扩散，设备内部的最大浓度继续下降，下降到36.5μL·L^-1，最大浓度出现在取气口位置，最小浓度位于设备右下方，此时最大浓度为36.5μL·L^-1，最小浓度为32.4μL·L^-1，经过6420s的扩散，设备内部最大浓度为34.8μL·L^-1，最小浓度为33.8μL·L^-1，浓度差为1μL·L^-1，认为扩散已经达到均匀；

当设备内部HF初始浓度分别为5000、2000、1000、500、200和100μL·L^-1时，使用FLUENT软件模拟HF气体从开始扩散到扩散均匀所需要的时间，如下表1所示；得出在封闭体系中，HF气体仅通过浓度差以及分子热运动驱动扩散的情况下，达到扩散均匀所需要的时间分别为：6420s、5890s、5190s、4760s、2580s、200s。

表1不同HF浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

。

所述SO₂气体单独扩散情况下气体扩散效应的方法为：模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SO₂气体，在设备左下位置处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的SO₂，使用FLUENT软件模拟HF气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果；它具体包括：

在封闭体系下，当扩散时间为1000s时，SO₂浓度由原来的5000μL·L^-1下降到72.2μL·L^-1，SO₂气体呈现一个由下至上、由大到小的一个浓度梯度，最大浓度在设备底部，浓度为72.2μL·L^-1，最小浓度出现在取气口处，浓度为0.121μL·L^-1；当扩散到达中期，扩散时间为4800s，设备本体内最大浓度已经下降到35.4μL·L^-1，设备底部有最大浓度，取气口顶部存在最小浓度，最小浓度为25.2μL·L^-1；当扩散时间为9260s时，最大浓度为34.4μL·L^-1，最小浓度为33.4μL·L^-1，此时扩散达到均匀；

当设备内部SO₂浓度分别为5000、2000、1000、500、200和100μL·L^-1时，达到扩散均匀所需要的时间分别为9260s、7310s、6130s、4850s、3560s、2760s；

表2不同SO₂浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

。

分析H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应的方法为：模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SF₆气体，在设备左下位置处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的H₂S，使用FLUENT软件模拟H₂S气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果；它具体包括：

在封闭体系下，使用FLUENT软件模拟H₂S气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，H₂S气体从扩散初期到中期以及到扩散均匀后的结果；

当扩散时间为1000s时，H₂S气体的浓度由最开始的5000μL·L^-1下降到83.5μL·L^-1，此时设备内部呈现的浓度规律为设备右下方浓度最高，最高浓度为83.5μL·L^-1，设备左上方浓度最低，最低浓度为0.0557μL·L^-1，呈现一个从右下到左上、从大到小的一个浓度梯度；当扩散时间达到4800s时，此时的最大浓度下降到35.8μL·L^-1，最小浓度为25.7μL·L^-1。此时设备内部的H₂S气体浓度呈现一个设备中部浓度高，设备左右侧浓度低的一个规律，浓度最低出现在取气口；当扩散时间为8880s，此时设备内部的最大浓度为34.6μL·L^-1，最小浓度为最小浓度为33.6μL·L^-1，扩散达到均匀；

当设备内部SO₂浓度分别为5000、2000、1000、500、200、100μL·L^-1时，其他条件不变，达到扩散均匀所需要的时间分别为8880s、7140s、6850s、6310s、4960s、3430s；

表3不同H₂S浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

。

步骤5所述对气体扩散效应的结果进行分析，得出结论的方法包括：

SO₂的扩散初期由设备左边缘位置向右扩散，形成设备底部浓度高、顶部浓度低的浓度梯度。扩散达到中期，SO₂气体依靠浓度差以及分子热运动由设备底部向顶部扩散，最终扩散均匀；

H₂S气体与SO₂气体的扩散相似，扩散初期由设备左边缘向右扩散，形成了设备右下方浓度高、左上方浓度低的一个浓度梯度；扩散中期时，H₂S气体呈现设备中部浓度高，设备两边浓度低的浓度分布，最终扩散均匀；

HF气体的扩散规律则与H₂S、SO₂不同，扩散初期HF气体先在设备边缘向上扩散，形成了左上方浓度高、右下方浓度低的一个浓度梯度，当扩散来到中期，取气口顶部浓度最高，设备本体浓度低，最终扩散均匀；

在相同浓度的扩散情况下，HF气体扩散达到均匀的时间最短；气体浓度越大，扩散达到均匀的时间越长，反之时间越短；当设备内部故障产生的特征组分气体浓度小于等于100μL·L^-1时，扩散到取气口浓度低于1μL·L^-1，在现有的检测技术条件下，检测不到特征气体，从而造成设备故障漏判。

本发明有益效果：

本发明基于FLUENT仿真得到特征组分气体在SF₆电气设备内的扩散规律、扩散达到均匀的时间、浓度及特征组份气体扩散至检测装置能够检测到气体的时间，为SF₆电气设备故障判断、故障发生时间预测等；解决了现有技术针对电气设备SF₆气体进行分析，由于不了解气体组分在内部的扩散特性，导致设备故障诊断方面尚存在不足，严重阻碍了设备故障诊断技术的发展等技术问题。

具体实施方式

一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，它包括：

建立气体绝缘全封闭组合电器室几何模型；

建立几何模型及网格划分

GIS模型等比例建模，该物理模型分为两个部分，其中大圆柱为气体绝缘全封闭组合电器室(GIS)，圆柱直径为650(mm)，长为2000(mm)，上方小圆柱为取气口，直径为10(mm)，长为150(mm)。采用Ansys Fluent Meshing工具划分网格，网格数为12843个，网格质量均在0.8以上，满足要求。

步骤2、建立数学模型；所述数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程；

质量守恒方程

式中，ρ为气体密度，μ_j为湍流粘性系数的径向分量，t为时间，x_j表示特征组分气体气体沿腔体径向的位移，S_m为源项。

动量守恒方程

X方向：

Y方向：

Z方向：

u、v、w为速度矢量在x、y、z方向的分量，S_u、S_v和S_w和是动量方程的广义源项；μ为湍流黏性系数。

能量守恒方程

T为流体温度；k_t为流体的湍流导热系数；c_p为混合气体的定压比热；c_pr为SO₂定压比热；c_pa为SF₆的定压比热；ω为重气质量比例；为常数，常取1；μ_t为流体的湍流粘性系数。

组分输运方程

SF₆分解产生特征组分气体，需要利用组分输运方程计算局部每相的质量分数。由组分质量守恒定律可以得到气体扩散组分方程：

式中：ω为每一组分的质量分数，D_m为湍流扩散系数。

步骤3、设定初始条件；

气室内压力为0.4Mpa，室内的温度为300K，采用非耦合瞬态的方法进行求解，整个模型是封闭体系即取气口不打开，气体的扩散仅通过浓度差以及分子热运动进行。忽略设备内部母线或其他机构在空间上对扩散过程的影响，定义设备内部特征组份气体最大和最小浓度差小于等于1μL·L^-1时，认为特征组份气体扩散达到均匀。研究如下几种不同情况：SO₂气体单独扩散、HF气体单独扩散以及H₂S气体单独扩散，每种情况分别模拟六种不同的浓度，最后得出结论.

步骤4、分析SO₂气体单独扩散、HF气体单独扩散以及H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应；

步骤5、对气体扩散效应的结果进行分析，得出结论。

HF扩散模拟

为模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SF₆气体。在设备左下位置(0.1，-0.225，0)处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的HF。使用FLUENT软件模拟HF气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果。

封闭体系下，经过1000s的扩散，设备内部的HF的最大浓度由原来的5000μL·L^-1下降到只有44.6μL·L^-1，设备内部HF的浓度呈现一个从左上到右下、从大到小的一个浓度梯度，最大浓度在设备的左上方，浓度大小为44.6μL·L^-1，最小浓度在设备的底部，浓度大小为24.4μL·L^-1。经过3000s的扩散，设备内部的最大浓度继续下降，下降到36.5μL·L^-1，最大浓度出现在取气口位置，最小浓度位于设备右下方，此时最大浓度为36.5μL·L^-1，最小浓度为32.4μL·L^-1，相比于1000s的扩散情况，最大与最小浓度差有明显的减小。经过6420s的扩散，设备内部最大浓度为34.8μL·L^-1，

最小浓度为33.8μL·L^-1，浓度差为1μL·L^-1，认为扩散已经达到均匀。

当设备内部HF浓度分别为5000、2000、1000、500、200、100μL·L^-1时，其他条件不变，使用FLUENT软件模拟HF气体从开始扩散到扩散均匀所需要的时间如下表1所示。从表中可以发现，封闭体系中，HF气体仅通过浓度差以及分子热运动驱动扩散的情况下，达到扩散均匀所需要的时间分别为：6420s、5890s、5190s、4760s、2580s、200s。

表1不同HF浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

1 The time required for uniform diffusion and the maximum and minimumconcentration under different HF concentrations

SO₂扩散模拟

使用FLUENT软件模拟SO₂气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下SO₂气体从扩散初期到中期以及扩散均匀后的结果，结果所示在封闭体系下，当扩散时间为1000s时，SO₂浓度由原来的5000μL·L^-1下降到72.2μL·L^-1，与HF气体的扩散情况不同，SO₂气体呈现一个由下至上、由大到小的一个浓度梯度，最大浓度在设备底部，浓度为72.2μL·L^-1，最小浓度出现在取气口处，浓度为0.121μL·L^-1。当扩散到达中期，扩散时间为4800s，设备本体内最大浓度已经下降到35.4μL·L^-1，设备底部有最大浓度，取气口顶部存在最小浓度，最小浓度为25.2μL·L^-1。当扩散时间为9260s时，最大浓度为34.4μL·L^-1，最小浓度为33.4μL·L^-1，此时扩散达到均匀。

表2不同SO₂浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

2 The time required for uniform diffusion and the maximum and minimumconcentration under different SO₂ concentrations

H₂S扩散模拟

封闭体系下，使用FLUENT软件模拟H₂S气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，H₂S气体从扩散初期到中期以及到扩散均匀后的结果。

当扩散时间为1000s时，H₂S气体的浓度由最开始的5000μL·L^-1下降到83.5μL·L^-1，此时设备内部呈现的浓度规律为设备右下方浓度最高，最高浓度为83.5μL·L^-1，设备左上方浓度最低，最低浓度为0.0557μL·L^-1，呈现一个从右下到左上、从大到小的一个浓度梯度。当扩散时间达到4800s时，此时的最大浓度下降到35.8μL·L^-1，最小浓度为25.7μL·L^-1。此时设备内部的H₂S气体浓度呈现一个设备中部浓度高，设备左右侧浓度低的一个规律，浓度最低出现在取气口。当扩散时间为8880s，此时设备内部的最大浓度为34.6μL·L^-1，最小浓度为最小浓度为33.6μL·L^-1，扩散达到均匀。

当设备内部SO₂浓度分别为5000、2000、1000、500、200、100μL·L^-1时，其他条件不变，达到扩散均匀所需要的时间分别为8880s、7140s、6850s、6310s、4960s、3430s。

表3不同H₂S浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

3 The time required for uniform diffusion and the maximum and minimumconcentration under different H₂S concentrations

为了与工程实际相符合，同时进一步研究特征组份气体扩散到取气口处的浓度随时间的变化规律，在取气口位置，坐标为(1，0.475，0)处设置监测点，对于特征组分气体在线监测装置来说，设备精度一般都是1μL·L^-1，根据监测点的数据，得到不同浓度、不同特征组份气体在取气口处达到1μL·L^-1的时间，结果如下表4。

在封闭体系下，在扩散初期的2500s内，取气口HF气体的浓度有一个快速增长的过程，由0增长到35.5μL·L^-1，此时SO₂和H₂S气体浓度较小。在随后的扩散时间里，取气口HF气体的浓度缓慢下降，SO₂和H₂S气体的浓度快速上升。当扩散时间达到10000s时，三种气体的浓度变化已经到达了平衡状态，基本上维持在34.5μL·L^-1水平，证明设备内部的扩散已经达到均匀。

表4取气口处浓度达到1μL·L^-1的时间

步骤4、分析SO₂气体单独扩散、HF气体单独扩散以及H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应；

步骤5、对气体扩散效应的结果进行分析，得出结论。

SO₂的扩散初期由设备左边缘位置向右扩散，形成设备底部浓度高、顶部浓度低的浓度梯度。扩散达到中期，SO₂气体依靠浓度差以及分子热运动由设备底部向顶部扩散，最终扩散均匀。

H₂S气体与SO₂气体的扩散相似，扩散初期由设备左边缘向右扩散，形成了设备右下方浓度高、左上方浓度低的一个浓度梯度。扩散中期时，H₂S气体呈现设备中部浓度高，设备两边浓度低的浓度分布，最终扩散均匀。

HF气体的扩散规律则与H₂S、SO₂不同，扩散初期HF气体先在设备边缘向上扩散，形成了左上方浓度高、右下方浓度低的一个浓度梯度，当扩散来到中期，取气口顶部浓度最高，设备本体浓度低，最终扩散均匀。

在相同浓度的扩散情况下，HF气体扩散达到均匀的时间最短。气体浓度越大，扩散达到均匀的时间越长，反之时间越短。预测当设备内部故障较轻，产生的特征组分气体浓度较小，可能扩散到取气口浓度低于1μL·L^-1，在现有的检测技术条件下，检测不到特征气体，从而造成设备故障漏判。

为了研究气体绝缘全封闭组合电器(GIS)设备内部由于局放或过热等故障产生的不同特征组份气体在设备内部的扩散规律，文章通过CFD技术模拟设备内部不同特征组份气体的扩散情况，针对HF、H₂S和SO₂三种特征组分气体进行了定性和定量分析，基于FLUENT仿真得出三种不同特征组份气体在GIS设备内部的扩散规律、扩散达到均匀的浓度、时间及特征组份气体扩散至检测装置能够检测到的时间。本发明仅研究了简单模型下的GIS设备中三种气体组分扩散时间、浓度的一定规律，与真实设备存在一定差异，后期可持续研究复杂模型下的GIS设备中特征气体组分的扩散特性。在后续工作中，本发明的研究可为GIS设备故障诊断、故障发生时间预测等研究提供理论依据。

Claims (8)

1.一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，它包括：

步骤1、建立气体绝缘全封闭组合电器室几何模型；

步骤2、建立数学模型；所述数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程；

步骤3、设定初始条件；

步骤4、分析SO₂气体单独扩散、HF气体单独扩散以及H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应；

步骤5、对气体扩散效应的结果进行分析，得出结论。

2.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：步骤1所述建立气体绝缘全封闭组合电器室几何模型为：模型分为两个部分，其中大圆柱为气体绝缘全封闭组合电器室GIS，圆柱直径为650mm，长为2000mm，上方有小圆柱取气口，直径为10mm，长为150mm；采用Ansys Fluent Meshing工具划分网格，网格数为12843个，网格质量均在0.8以上。

3.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：步骤2所述建立数学模型；所述数学模型包括质量守恒方程、动量守恒方程、能量守恒方程和组分运输方程的公式为：

质量守恒方程：

式中，ρ为气体密度，μ_j为湍流粘性系数的径向分量，t为时间，x_j表示特征组分气体气体沿腔体径向的位移，S_m为源项；

动量守恒方程：

X方向：

Y方向：

Z方向：

u、v、w为速度矢量在x、y、z方向的分量，S_u、S_v和S_w和是动量方程的广义源项；μ为湍流黏性系数；

能量守恒方程：

T为流体温度；k_t为流体的湍流导热系数；c_p为混合气体的定压比热；c_pr为SO₂定压比热；c_pa为SF₆的定压比热；ω为重气质量比例；为常数，常取1；μ_t为流体的湍流粘性系数；

组分输运方程：

SF₆分解产生特征组分气体，需要利用组分输运方程计算局部每相的质量分数。由组分质量守恒定律可以得到气体扩散组分方程：

式中：ω为每一组分的质量分数，D_m为湍流扩散系数。

4.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：所述初始条件包括：气室内压力为0.4Mpa，室内的温度为300K，采用非耦合瞬态的方法进行求解，整个模型是封闭体系即取气口不打开，气体的扩散通过浓度差以及分子热运动进行；忽略设备内部母线或机构在空间上对扩散过程的影响，定义设备内部特征组份气体最大和最小浓度差小于等于1μL·L^-1时，认为特征组份气体扩散达到均匀。

5.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：所述分析HF气体单独扩散情况下气体扩散效应的方法为：模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SF₆气体，在设备左下位置处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的HF，使用FLUENT软件模拟HF气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果；它具体包括：

在封闭体系下，经过1000s的扩散，设备内部的HF的最大浓度由原来的5000μL·L^-1下降到44.6μL·L^-1，设备内部HF的浓度呈现一个从左上到右下、从大到小的一个浓度梯度，最大浓度在设备的左上方，浓度大小为44.6μL·L^-1，最小浓度在设备的底部，浓度大小为24.4μL·L^-1；经过3000s的扩散，设备内部的最大浓度继续下降，下降到36.5μL·L^-1，最大浓度出现在取气口位置，最小浓度位于设备右下方，此时最大浓度为36.5μL·L^-1，最小浓度为32.4μL·L^-1，经过6420s的扩散，设备内部最大浓度为34.8μL·L^-1，最小浓度为33.8μL·L^-1，浓度差为1μL·L^-1，认为扩散已经达到均匀；

当设备内部HF初始浓度分别为5000、2000、1000、500、200和100μL·L^-1时，使用FLUENT软件模拟HF气体从开始扩散到扩散均匀所需要的时间，如下表1所示；得出在封闭体系中，HF气体仅通过浓度差以及分子热运动驱动扩散的情况下，达到扩散均匀所需要的时间分别为：6420s、5890s、5190s、4760s、2580s、200s；

表1 不同HF浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

。

6.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：所述SO₂气体单独扩散情况下气体扩散效应的方法为：模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SO₂气体，在设备左下位置处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的SO₂，使用FLUENT软件模拟HF气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果；它具体包括：

在封闭体系下，当扩散时间为1000s时，SO₂浓度由原来的5000μL·L^-1下降到72.2μL·L^-1，SO₂气体呈现一个由下至上、由大到小的一个浓度梯度，最大浓度在设备底部，浓度为72.2μL·L^-1，最小浓度出现在取气口处，浓度为0.121μL·L^-1；当扩散到达中期，扩散时间为4800s，设备本体内最大浓度已经下降到35.4μL·L^-1，设备底部有最大浓度，取气口顶部存在最小浓度，最小浓度为25.2μL·L^-1；当扩散时间为9260s时，最大浓度为34.4μL·L^-1，最小浓度为33.4μL·L^-1，此时扩散达到均匀；

当设备内部SO₂浓度分别为5000、2000、1000、500、200和100μL·L^-1时，达到扩散均匀所需要的时间分别为9260s、7310s、6130s、4850s、3560s、2760s；

表2 不同SO₂浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

。

7.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：分析H₂S气体单独扩散情况下的气体扩散效应的方法为：模拟设备内部出现局部放电故障产生特征组分气体的扩散情况，假设设备本体内充满SF₆气体，在设备左下位置处由于局部放电故障导致产生了体积分数为5000μL·L^-1的H₂S，使用FLUENT软件模拟H₂S气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，封闭体系下从扩散初期到中期最后扩散均匀后的结果；它具体包括：

在封闭体系下，使用FLUENT软件模拟H₂S气体从指定位置扩散到整个设备内部的过程，H₂S气体从扩散初期到中期以及到扩散均匀后的结果；

当扩散时间为1000s时，H₂S气体的浓度由最开始的5000μL·L^-1下降到83.5μL·L^-1，此时设备内部呈现的浓度规律为设备右下方浓度最高，最高浓度为83.5μL·L^-1，设备左上方浓度最低，最低浓度为0.0557μL·L^-1，呈现一个从右下到左上、从大到小的一个浓度梯度；当扩散时间达到4800s时，此时的最大浓度下降到35.8μL·L^-1，最小浓度为25.7μL·L^-1。此时设备内部的H₂S气体浓度呈现一个设备中部浓度高，设备左右侧浓度低的一个规律，浓度最低出现在取气口；当扩散时间为8880s，此时设备内部的最大浓度为34.6μL·L^-1，最小浓度为最小浓度为33.6μL·L^-1，扩散达到均匀；

当设备内部SO₂浓度分别为5000、2000、1000、500、200、100μL·L^-1时，其他条件不变，达到扩散均匀所需要的时间分别为8880s、7140s、6850s、6310s、4960s、3430s；

表3 不同H₂S浓度下扩散均匀的时间及最大最小浓度

。

8.根据权利要求1所述的一种SF₆电气设备中特征组份气体扩散效应分析方法，其特征在于：步骤5所述对气体扩散效应的结果进行分析，得出结论的方法包括：

SO₂的扩散初期由设备左边缘位置向右扩散，形成设备底部浓度高、顶部浓度低的浓度梯度。扩散达到中期，SO₂气体依靠浓度差以及分子热运动由设备底部向顶部扩散，最终扩散均匀；

H₂S气体与SO₂气体的扩散相似，扩散初期由设备左边缘向右扩散，形成了设备右下方浓度高、左上方浓度低的一个浓度梯度；扩散中期时，H₂S气体呈现设备中部浓度高，设备两边浓度低的浓度分布，最终扩散均匀；

HF气体的扩散规律则与H₂S、SO₂不同，扩散初期HF气体先在设备边缘向上扩散，形成了左上方浓度高、右下方浓度低的一个浓度梯度，当扩散来到中期，取气口顶部浓度最高，设备本体浓度低，最终扩散均匀；

在相同浓度的扩散情况下，HF气体扩散达到均匀的时间最短；气体浓度越大，扩散达到均匀的时间越长，反之时间越短；当设备内部故障产生的特征组分气体浓度小于等于100μL·L^-1时，扩散到取气口浓度低于1μL·L^-1，在现有的检测技术条件下，检测不到特征气体，从而造成设备故障漏判。