CN113433428B - 一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法 - Google Patents

一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，所述方法在获取各组分气体在工频击穿实验平台上的击穿电压的基础上，在相同的气压下按设计好的体积比例混合各组分气体得到多元混合绝缘气体。把混合气体在相同的气压下输入工频击穿实验平台得到混合气体的击穿电压，然后使用新的协同效应计算公式计算协同效应系数C，使用临界判据公式计得临界判据，按绝缘关系的变化类型的判断标准判定多元混合绝缘气体的协同效应类型。该方法准确、清晰且简洁，可应用于多元环保绝缘气体绝缘性能的评估与分析，同时分析混合气体的协同效应，可以为电负性气体选择合适的缓冲气体，基于分析结果筛选出最优的混合气体配方。

Description

一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法
技术领域
本发明涉及环保绝缘气体应用领域，尤其涉及一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法。
背景技术
SF6气体是如今电力行业中最常见的气体绝缘介质，近年来我国SF6年使用量高达10000吨，电力行业使用的SF6气体占到总使用量的80％以上。SF6气体的温室效应潜在值是CO2的23500倍，在大气中存活寿命长达3200年，对温室效应影响较大。国际上一系列气候会议都明确指出要将大气中温室气体的含量稳定在适当水平，为了解决日益发展的气体绝缘设备需求及环境保护之间的矛盾，有必要寻找一种环境友好型的气体绝缘介质替代SF6应用于电力设备中。
目前国内外学者对新型电负性气体进行了深入研究，新型电负性气体理化性质稳定、绝缘性能好并且对温室效应的影响较小，然而C4F7N、C5F10O、C6F12O、HFO-1234ze(E)等新型电负性气体的液化温度较高，不能直接应用于工程之中，需要与液化温度较低的CO2、N2和干燥空气等缓冲气体混合使用。分析绝缘混合气体的协同效应类型，可以为新型电负性气体选择合适的缓冲气体，同时也可以基于分析的结果筛选出最优的混合气体配方。
除了二元混合气体电气性能的研究，已有学者展开三元混合气体的研究，然而常用的协同效应系数公式只能对二元混合气体进行计算，缺乏关于三元混合气体甚至更多元混合气体的协同效应系数计算公式和判断方法。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，所述方法在获取各组分气体的击穿电压的基础上，按设计好的体积比例混合各组分气体并获取混合气体的击穿电压，然后使用新的公式计算得到协同效应系数和临界判据，把得到的计算结果与判断标准对比得到协同效应类型。该方法准确、清晰且简洁，可应用于多元环保绝缘气体绝缘性能的评估与分析。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：
一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，具体包括以下步骤：
步骤一：测量各组分气体的击穿电压；
步骤二：按设定比例混合各组分气体，得到多元混合绝缘气体；
步骤三：测量多元混合绝缘气体的击穿电压；
步骤四：计算协同效应系数和临界判据；
步骤五：对比判断标准，得出多元混合绝缘气体绝缘关系的变化类型。
进一步的，所述步骤一至步骤三中的各组分气体和混合后的多元混合绝缘气体的气压相同。
进一步的，所述击穿电压为工频击穿电压。
进一步的，所述协同效应系数的计算公式如下：
式中：C为协同效应系数，U1、U2、U3、…、Un-1、Un为各组分气体单独试验的击穿电压，Umax为各组分气体单独试验的击穿电压中的最大值，Ug为多元混合绝缘气体的击穿电压，k1、k2、k3、…、kn-1、kn为各组分气体在多元混合绝缘气体中的混合比，k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn为加权击穿电压。
进一步的，所述临界判据的计算公式如下：
式中：P为临界判据，U1、U2、U3、…、Un-1、Un为各组分气体单独试验的击穿电压，Umax为各组分气体单独试验的击穿电压中的最大值，k1、k2、k3、…、kn-1、kn为各组分气体在多元混合绝缘气体中的混合比。
进一步的，所述变化类型包括线性关系、协同效应、正协同效应和负协同效应。
进一步的，所述变化类型的判断标准如下：
当C>P时，多元混合绝缘气体满足正协同效应；
当0<C≤P时，多元混合绝缘气体满足协同效应；
当C＝0时，多元混合绝缘气体满足线性关系；
当C<0时，多元混合绝缘气体满足负协同效应。
本发明提供了一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，所述方法在获取各组分气体击穿电压的基础上，在相同的气压下按设计好的体积比例混合各组分气体得到多元混合绝缘气体。把混合气体在相同的气压下得到击穿电压，然后使用新的协同效应计算公式计算协同效应系数，使用临界判据公式计算临界判据，按变化类型的判断标准判定多元混合绝缘气体的协同效应类型。该方法准确、清晰且简洁，可应用于多元环保绝缘气体绝缘性能的评估与分析，同时分析混合气体的协同效应，可以为电负性气体选择合适的缓冲气体，基于分析结果筛选出最优的混合气体配方。
附图说明
图1为一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例一
图1所示的一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法流程图，所述方法具体包括如下步骤：
步骤一：向气体工频击穿实验平台充入某一气压的组分气体A1，测量其击穿电压，记为U1；向气体工频击穿实验平台充入与气体A1相同气压的组分气体A2，测量其击穿电压，记为U2；向气体工频击穿实验平台充入与气体A1相同气压的组分气体A3，测量其击穿电压，记为U3；向气体工频击穿实验平台充入与气体A1相同气压的组分气体A4、A5、…、An-1、An，测量击穿电压，记为U4、U5、…、Un-1、Un，其中各组分击穿电压中最高的电压记为Umax。
步骤二：在与步骤一相同的气压下，按设定的比例混合步骤一所述的组分气体，得到多元混合绝缘气体，并记录下所有组分气体的体积和多元混合绝缘气体的体积；所有组分气体A1、A2、A3、…、An-1、An对应的混合比(体积分数)设为k1、k2、k3、…、kn-1、kn，其中kn为组分气体An的体积与多元混合绝缘气体体积之比，且有k1+k2+k3+…+kn-1+kn＝1。
步骤三：向气体工频击穿实验平台充入与步骤1相同气压的多元混合绝缘气体，测量其击穿电压，记为Ug。
步骤四：计算多元混合绝缘气体的协同效应系数C，具体的计算公式如下：
式中：Ug为多元混合绝缘气体的工频击穿电压，U1、U2、U3、…、Un-1、Un为各组分气体单独试验的工频击穿电压，Umax为各组分气体单独试验的工频击穿电压中的最大值，k1、k2、k3、…、kn-1、kn为各组分气体在多元混合绝缘气体中的混合比，C为协同效应系数，k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn为加权击穿电压。
计算多元混合绝缘气体的临界判据P，具体的计算公式如下：
步骤五：判断多元混合绝缘气体绝缘关系的变化类型，其中变化类型包括线性关系、协同效应、正协同效应和负协同效应，变化类型的判断标准如下：
当C＝0时，步骤四中公式的分子Ug-(k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn)＝0，即多元混合绝缘气体的击穿电压等于所有组分气体击穿电压的线性加权之和，故多元混合绝缘气体满足线性关系。
当C<0时，步骤四中公式的分子Ug-(k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn<0，即多元混合绝缘气体的击穿电压低于所有组分气体击穿电压的线性加权之和，故多元混合绝缘气体满足负协同效应。
当C>P时，步骤四中公式的分子Ug-(k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn)>0且有Ug>Umax，即混合气体的击穿电压高于所有组分气体的线性加权之和，并且混合气体的击穿电压高于任一组分气体，故多元混合绝缘气体满足正协同效应。
当0<C≤P时，步骤四中公式的分子Ug-(k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn)>0且有Ug≤Umax，即混合气体的击穿电压高于所有组分气体的线性加权之和，同时最少有一种组分气体的击穿电压高于混合气体的击穿电压，故多元混合绝缘气体满足协同效应。
本发明提供了一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，所述方法在获取各组分气体在工频击穿实验平台上的击穿电压的基础上，在相同的气压下按设计好的体积比例混合各组分气体得到多元混合绝缘气体。把混合气体在相同的气压下输入工频击穿实验平台得到混合气体的击穿电压，然后使用新的协同效应计算公式计算协同效应系数，使用临界判据公式计得临界判据，按绝缘关系的变化类型的判断标准判定多元混合绝缘气体的协同效应类型。该方法准确、清晰且简洁，可应用于多元环保绝缘气体绝缘性能的评估与分析，同时分析混合气体的协同效应，可以为电负性气体选择合适的缓冲气体，基于分析结果筛选出最优的混合气体配方。
以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
步骤一：测量各组分气体的击穿电压；
步骤二：按设定比例混合各组分气体，得到多元混合绝缘气体；
步骤三：测量多元混合绝缘气体的击穿电压；
步骤四：计算协同效应系数和临界判据；
所述协同效应系数的计算公式如下：
式中：C为协同效应系数，U1、U2、U3、…、Un-1、Un为各组分气体单独试验的击穿电压，Umax为各组分气体单独试验的击穿电压中的最大值，Ug为多元混合绝缘气体的击穿电压，k1、k2、k3、…、kn-1、kn为各组分气体在多元混合绝缘气体中的混合比，k1U1+k2U2+k3U3+…+kn-1Un-1+knUn为加权击穿电压；
所述临界判据的计算公式如下：
式中：P为临界判据，U1、U2、U3、…、Un-1、Un为各组分气体单独试验的击穿电压，Umax为各组分气体单独试验的击穿电压中的最大值，k1、k2、k3、…、kn-1、kn为各组分气体在多元混合绝缘气体中的混合比；
步骤五：对比判断标准，得出多元混合绝缘气体绝缘关系的变化类型。
2.根据权利要求1所述的多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，其特征在于，所述测量各组分气体的击穿电压时的气压和测量多元混合绝缘气体的击穿电压时的气压相同。
3.根据权利要求1所述的多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，其特征在于，所述击穿电压为工频击穿电压。
4.根据权利要求1所述的多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，其特征在于，所述变化类型包括线性关系、协同效应、正协同效应和负协同效应。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的多元混合绝缘气体的协同效应分析方法，其特征在于，所述变化类型的判断标准如下：
当C>P时，多元混合绝缘气体满足正协同效应；
当0<C≤P时，多元混合绝缘气体满足协同效应；
当C＝0时，多元混合绝缘气体满足线性关系；
当C<0时，多元混合绝缘气体满足负协同效应。
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