CN113759081A - 新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法 - Google Patents

新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，结合物理实验和仿真计算所获取的数据，建立相应的物理实验权值、仿真计算权值及两者之间的函数关系，并根据物理实验权值、仿真计算权值及两者之间的函数关系，对绝缘气体与设备内固体材料的相容性进行评估，该方法很好地结合了多种相容性评估手段，能够显著提高对绝缘气体与设备内固体材料相容性评估的准确度。

Description

新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法
技术领域
本发明涉及电力系统绝缘气体的检测领域，特别是一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法。
背景技术
目前六氟化硫气体(SF6)因为其优良的物理化学性质被广泛应用于电力设备、金属冶炼、半导体制造和航空航天等行业。然而SF6全球变暖潜力值高，约为CO2的23500倍，并且是1997年《京都议定书》中规定的六种温室效应气体之一。因此，寻找新型环保绝缘气体以减少SF6电气设备中的使用是目前电力行业中研究的热点和难点。
目前国内外研究学者正研究新型环保绝缘气体有C4F7N、C5F10O和C6F12O等。针对新型环保绝缘气体的研究主要涉及绝缘性能、局部放电特性以及相容性等。其中，关于绝缘气体与SF6设备内常用的异质固体材料(如金属、密封橡胶和环氧树脂等)相容性的研究非常重要。若环保绝缘气体或其分解产物与固体材料会发生反应，则可能会导致电气设备损坏、气体泄露，甚至造成安全隐患和经济损失。
绝缘气体与固体材料的相容性评估主要表现在两个方面，一方面是绝缘气体受固体材料影响而发生分解，导致绝缘性能下降；另一方面是固体材料受到绝缘气体的影响使其物化性质发生变化，导致其绝缘或密封性能下降。目前针对绝缘气体与固体材料之间相容性主要从一个或几个角度提出了研究方案，然而这些方案大多数着重点较为单一，无法满足多个方面的性能检测要求，并且缺少一套完整的评估体系，通过传统的单一评价手段难以对绝缘气体和异质固体材料的相容性进行精确评价。因此，需要制定一种新型环保绝缘气体与设备内关键固体材料的相容性研究及评估方法，为绝缘气体在绝缘开关设备中固体材料的选择提供技术和理论指导。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，用于解决传统的单一评价手段难以对绝缘气体和设备内固体材料的相容性进行精确评价的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其步骤包括：获取待选绝缘气体和待选固体材料作用后的若干项物理实验数据，赋予各项物理实验数据相应的权值，并建立集合A；获取SF6气体和待选固体材料作用后的若干项物理实验数据，赋予各项物理实验数据相应的权值，并建立集合A’；集合A和集合A’中相同类型的物理实验数据所对应权值的绝对差值，组成集合A”，结合集合A”中各元素之间的权重关系得到物理实验权值；获取待选绝缘气体和待选固体材料作用后的若干仿真计算数据，赋予各项仿真计算数据相应的权值，并建立集合B；获取SF6气体和待选固体材料作用后的若干项仿真计算数据，赋予各项仿真计算数据相应的权值，并建立集合B’；集合B和集合B’中相同类型的仿真计算数据所对应权值的绝对差值，组成集合B”，由集合B”中各元素之间的权重关系得到仿真计算权值；建立物理实验权值和仿真计算权值之间的第一权重关系，根据物理实验权值、仿真计算权值和第一权重关系，对待选绝缘气体待选固体材料之间的相容性进行评价。
其中，第一权重关系是，以物理实验权值和仿真计算权值为自变量的函数关系，满足关系式Z＝aX+bY，其中X为物理实验权值，Y为仿真计算权值，a和b为一级权重常数，且a+b＝1，Z用于评价待选绝缘气体和待选固体材料之间的相容性。
其中，物理实验数据通过固体测试实验和气体测试实验获得；固体测试实验包括固体材料表面形貌测试、固体材料表面元素测试和固体材料力学性能测试，气体测试实验包括对气体分解产物种类和浓度测试。
其中，固体材料表面形貌测试为对待选固体材料的表面粗糙度程度、析出晶体颗粒的数量和表面颜色的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第一实验权值；固体材料表面元素测试为对待选固体材料的表面元素种类或含量的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第二实验权值；固体材料力学性能测试为对待选固体材料的拉伸强度变化程度进行测试，并根据测试数据建立第三实验权值；气体测试实验为对待选固体材料的气体分解产物种类和浓度的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第四实验权值；集合A、集合A’和集合A”中所含元素数目均为4。
其中，物理实验权值的获得步骤为：建立第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值之间的第二权重关系，根据第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值、第四实验权值和第二权重关系，得出物理实验权值。
其中，第二权重关系是，以第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值为自变量并以物理实验权值为因变量的函数关系，满足关系式X＝n1x1+n2x2+n3x3+n4x4，其中x1、x2、x3和x4均为第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值，n1、n2、n3和n4分别为二级权重常数，且n1+n2+n3+n4＝1，X为物理实验权值。
其中，仿真计算数据分别通过密度泛函理论的和分子动力学理论仿真计算获得：基于密度泛函理论的仿真计算包括吸附能、电荷转移和态密度；基于分子动力学理论的仿真计算包括溶解度参数、扩散系数和相互作用能。
其中，吸附能基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，两者之间所产生的相互作用能进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第一仿真权值；电荷转移基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，两者之间的电荷转移差值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第二仿真权值；态密度基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料作用前后，电子态密度的变化值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第三仿真权值；溶解度参数基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，绝缘气体溶解度参数与固体材料溶解度参数绝对差值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第四仿真权值；扩散系数基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，绝缘气体在固体材料中的渗透和扩散程度值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第五仿真权值；相互作用能基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用前后，绝缘气体和待选固体材料所组成系统的能量变化值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第六仿真权值；集合B、集合B’和集合B”中所含元素数目均为6。
其中，仿真计算权值的获得步骤为：建立第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值之间的第三权重关系，根据第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值、第六仿真权值和第三权重关系，得出仿真计算权值。
其中，第三权重关系是，以第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值为自变量并以仿真计算权值为因变量的函数关系，满足关系式Y＝m1y1+m2y2+m3y3+m4y4+m5y5+m6y6，其中y1、y2、y3、y4、y5和y6分别为第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值，m1、m2、m3、m4、m5和m6均为三级权重常数，且m1+m2+m3+m4+m5+m6＝1，Y为仿真计算权值。
新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法通过相容性测试装置执行测试，相容性测试装置包括第一供气瓶、第二供气瓶、真空泵、气室箱、样品架和气压表；第一供气瓶和第二供气瓶通过管道连通汇聚后，分别同真空泵和气室箱连通，样品架设置于气室箱内腔中；第一供气瓶和第二供气瓶中分别容纳有测试用的缓冲和绝缘气体，样品架用于承载待选固体材料；气压表与气室箱内腔连通，用于测试所示气室箱中的气压。
本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明提供了一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，结合物理实验和仿真计算数据，建立相应的物理实验权值、仿真计算权值及两者之间的函数关系，并根据物理实验权值、仿真计算权值及两者之间的函数关系，对绝缘气体与设备内固体材料的相容性进行评估，该方法很好地结合了多种相容性评价手段，能够显著提高对绝缘气体与设备内固体材料相容性评价的准确度。
附图说明
图1是本发明中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法一实施方式的流程图；
图2是本发明中相容性测试装置一实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其步骤包括：
S1，获取待选绝缘气体和待选固体材料作用后的若干项物理实验数据，赋予各项物理实验数据相应的权值，并建立集合A。
S2，获取SF6气体和待选固体材料作用后的若干项物理实验数据，赋予各项物理实验数据相应的权值，并建立集合A’。
S3，集合A和集合A’中相同类型的物理实验数据所对应权值的绝对差值，组成集合A”，结合集合A”中各元素之间的权重关系得到物理实验权值。
对于S1～S3步骤中的物理实验数据，通过固体测试实验和气体测试实验获得，以待选绝缘气体和待选固体材料所对应的集合A为待测组，SF6气体和待选固体材料所对应的集合A’为标准组，进行同项目类别的物理测试，并通过集合A和集合A’取绝对差值后所得到的集合A”，来定量表现在物理性能层面上待选绝缘气体相对于SF6气体的相容性优劣程度。
其中，固体测试实验包括固体材料表面形貌测试、固体材料表面元素测试和固体材料力学性能测试，气体测试实验包括对气体分解产物种类和浓度测试。下面分别对各项物理性能测试分别进行阐述。
具体地，固体材料表面形貌测试为对待选固体材料的表面粗糙度、粒径和颜色的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第一实验权值。本实施方式中，采用扫描电镜观测固体表面形貌，以绝缘气体与固体材料试验后表面为基准，若固体表面颜色改变、出现大量晶体颗粒、或表面变得粗糙出现了裂痕和裂缝等，固体材料表面变化越多，则第一实验权值越高，反之则第一实验权值越低。
具体地，固体材料表面元素测试为对待选固体材料的表面元素种类或含量的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第二实验权值。本实施方式中，采用X射线光电子能谱检测固体表面元素，以绝缘气体与固体材料试验后表面为基准，若固体表面元素被绝缘气体所取代或元素的浓度增加，则第二实验权值越低，反之则第二实验权值越高。
具体地，固体材料力学性能测试为对待选固体材料的拉伸强度变化程度进行测试，并根据测试数据建立第三实验权值。本实施方式中，测试的固体材料为橡胶材料，则需要使用拉伸应力机检测力学性能，以绝缘气体与固体材料试验后表面为基准，若橡胶材料与绝缘气体实验后的拉伸强度、扯断伸长率和应变应力能力等性能下降的越多，则第三实验权值越低，反之则第三实验权值越高。
具体地，气体测试实验为对气体分解产物种类和浓度的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第四实验权值。本实施方式中，通过傅里叶变换红外光谱和气相色谱质谱联用仪对试验后的混合气体进行定性和定量检测，再对比试验前后混合气体成分和浓度的变化情况，若分解产物种类和浓度的变化程度越大，则第四实验权值越低，反之则第四实验权值越高。
由上述描述可以看出，集合A、集合A’和集合A”中所含元素数目均为4，且每个集合中均含有第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值这四种元素，且每一种实验权值均对应一种类别物理实验表征方式。当得到集合A”后，物理实验权值的获得步骤为：建立第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值之间的第二权重关系，根据第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值、第四实验权值和第二权重关系，得出物理实验权值。其中，第二权重关系是，以第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值为自变量并以物理实验权值为因变量的函数关系，满足关系式X＝n1x1+n2x2+n3x3+n4x4，其中x1、x2、x3和x4均为第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值，n1、n2、n3和n4分别为二级权重常数，且n1+n2+n3+n4＝1，X为物理实验权值，优选n1、n2、n3和n4的比例为1：(0.9～1.1)：(0.9～1.1)：(0.9～1.1)；多次实验拟合发现，上述四种不同物理实验的权值能够通过上述关系式对待选绝缘气体和待选固体材料的相容性进行物理测试层面的评价。本实施方式中，x1、x2、x3和x4均设置为0.25，在其他实施方式中可根据实际情况对二级权重常数做出适应性调整。
基于第二权重关系，能够很好的将四种不同的物理实验表征方式结合起来，在物理测试层面上，对待选绝缘气体和待选固体材料的相容性进行综合评价，相对于单一的物理评价手段来说，评价的精确度显著提高。
S4，获取待选绝缘气体和待选固体材料作用后的若干仿真计算数据，赋予各项仿真计算数据相应的权值，并建立集合B。
S5，获取SF6气体和待选固体材料作用后的若干项仿真计算数据，赋予各项仿真计算数据相应的权值，并建立集合B’。
S6，集合B和集合B’中相同类型的仿真计算数据所对应权值的绝对差值，组成集合B”，由集合B”中各元素之间的权重关系得到仿真计算权值。
对于S4～S6步骤中的仿真计算数据，分别通过密度泛函理论和分子动力学理论仿真计算获得；以待选绝缘气体和待选固体材料所对应的集合B为待测组，SF6气体和待选固体材料所对应的集合B’为标准组，进行同项目类别的仿真计算，并通过集合B和集合B’取绝对差值后所得到的集合B”，来定量表现在理论层面上分析待选绝缘气体相对于SF6气体的相容性优劣程度。
本实施方式中，基于密度泛函理论的仿真计算包括吸附能、电荷转移和态密度；具体搭建绝缘气体、缓冲气体和固体材料结构，并在DMol3模块中进行模型结构优化，再利用广义梯度近似(Generalized Gradient Approximation，GGA)方法，并通过P极化双数值基组(Double Numerical Polarization，DNP)函数进行离散傅里叶变换电子赝势计算；其中能量收敛精度、电荷密度收敛精度和原子最大位移值参数分别设置为2×10-5Ha、1×10-6Ha和0.005Ha，再对绝缘气体与固体材料进行吸附能、电荷转移和态密度的计算和分析。
基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料之间所产生的吸附能进行模拟，并根据模拟数据建立第一仿真权值；吸附能是指绝缘气体与固体材料之间进行相互作用而产生的能量，定义为Eads＝Egas-solid-Esolid-Egas，其中Egas-solid表示分子吸附后的总能量，Esolid和Egas分别表示为固体表面和绝缘气体表面的总能量，Eads为吸附能；本实施方式中，绝缘气体与固体材料之间的吸附能在0.1～0.6eV两者属于物理吸附，而吸附能大于0.8eV时两者属于化学吸附，吸附能数值越大，则第一仿真权值越低，反而则第一仿真权值越高。
基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料两者之间的电荷转移差值进行模拟，并根据模拟数据建立第二仿真权值；电荷转移是指当绝缘气体与固体材料进行吸附的过程中，不仅体系的能量会发生变化，反应过程中还会发生电子电荷的转移，引起电子的重新分布，定义为Qt＝Qgas-Qgas-solid，其中，Qt正值表示绝缘气体从固体材料表面获得电子，固体材料作为电子电荷的供体，Qgas和Qgas-solid表示相互作用前后绝缘气体的总电荷；本实施方式中，以SF6与固体材料的转移电荷数为基准，对比绝缘气体与不同固体材料的电荷转移数，若电荷转移数与SF6接近，或少于SF6，则第二仿真权值越高，反而则第二仿真权值越低。
基于密度泛函理论，绝缘气体和待选固体材料作用前后，电子态密度的变化值进行模拟，并根据模拟数据建立第三仿真权值；态密度是指电子能级准连续分布时，单位能量间隔内的电子态数目，定义为Δρ＝ρsurf/gas-ρsurf-ρgas，式中Δρsurf/gas表示为总体系的电子态密度，ρsurf和ρgas分别表示为相互作用前固体材料和绝缘气体的电子态密度；本实施方式中，态密度可以看作是能带结构的可视化结果，直观的分析各个能级电子分布情况，若绝缘气体与固体材料之间的电子轨道重叠越多，则第三仿真权值越低，反而则第三仿真权值越高。
本实施方式中，基于分子动力学理论的仿真计算包括溶解度、扩散系数和相互作用能；使用Amorphous Cell(AC)模块构建混合绝缘气体与固体材料分子的无规则周期性混合模型。利用Forcite模块中对建立的气固模型进行几何优化(Geometrx Optimization)，选用COMPASS力场和Smart Minization方法找到稳定的结构，并用Atom-based和Ewald方法计算范德华力和静电力。由于构建出的分子结构较直，柔性较弱，因此需要对橡胶分子链进行退火处理，使得整个体系的结构更加合理。再对优化后的结构进行高温弛豫消除局部不稳定点，使混合体系能量进一步降低，当能量恒定或波动较小，温度变化偏差小于5％，系统达到了稳定。最后，采用Andersen与Berensen方法控制温度与压强，在恒温恒压(NPT)系综下分在不同温度下进行分子动力学平衡计算，将模拟产生的微观水平信息转变成体系的宏观性质，总模拟时长为500ps，每完成一个循环耗时1fs。
基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，绝缘气体的溶解度参数与固体材料的溶解度参数进行模拟，并根据模拟数据建立第四仿真权值；溶解度参数是表征分子间相互溶解程度的重要参数，定义为
Figure BDA0003279951990000091
式中ΔH为物质蒸发热、R为气体常数、T为温度和Vm为单位分子量；本实施方式中，绝缘气体与固体材料之间溶解度参数绝对差值小于1(cal/cm3)1/2，则第四仿真权值越低，而溶解度参数绝对值之差大于5(cal/cm3)1/2，则第四仿真权值越高。
基于分子动力学理论，对绝缘气体在固体材料中的渗透和扩散程度进行模拟，并根据模拟数据建立第五仿真权值；扩散系数是描述介质传递过程的重要特征参数，可用来评估绝缘气体在固体材料中的渗透和扩散程度，定义为：
Figure BDA0003279951990000092
式中D∞为扩散系数，N∞为系统中扩散分子的数目，ri(t)为t时刻分子i的坐标，ri(0)为初始时刻分子i的坐标，[ri(t)-ri(0)]2表示均方位移；本实施方式中，以SF6在固体材料的种的扩散系数为基准，若绝缘气体在哪种待选固体材料中扩散系数与SF6越接近或比小于SF6，则第五仿真权值越高，反之则第五仿真权值越低。
基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料所组成系统的能量变化值进行模拟，并根据模拟数据建立第六仿真权值；相互作用能是范德华作用力和静电力之间相互作用的统称，可以用总体系能量与每个组分的平衡能量之间的差值来表示，定义为Einter＝-Eblend＝Etotal-(Egas+Esolid)，式中Esolid和Egas分别表示为固体材料的能量和绝缘气体的能量，Etotal表示固体材料与环保绝缘气体系统的总能量，Einter表示固体材料与绝缘气体之间的相互作用能，Eblend结合能则表征相互作用能的大小；本实施方式中，若绝缘气体与固体材料之间的相互作用能大于SF6，则它们之间的相互作用越强，反应程度越激烈，则第六仿真权值越低，反之则第六仿真权值越高。
由上述描述可以看出，集合B、集合B’和集合B”中所含元素数目均为6，且每个集合中均含有第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值这六种元素，且每一种仿真权值均对应一种类别理论仿真试验方式。当得到集合B”后，仿真计算权值的获得步骤为：建立第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值之间的第三权重关系，根据第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值、第六仿真权值和第三权重关系，得出仿真计算权值。其中，第三权重关系是，以第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值为自变量并以仿真计算权值为因变量的函数关系，满足关系式Y＝m1y1+m2y2+m3y3+m4y4+m5y5+m6y6，其中y1、y2、y3、y4、y5和y6分别为第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值，m1、m2、m3、m4、m5和m6均为三级权重常数，且m1+m2+m3+m4+m5+m6＝1，Y为仿真计算权值，优选(m1+m2+m3)/(m4+m5+m6)的比例为1:(0.9～1.1)，m1、m2、m3的比值为(1.8～2.2):(0.9～1.1)：(0.9～1.1)，m4、m5、m6的比值为(1.8～2.2):(0.9～1.1)：(0.9～1.1)；多次实验拟合发现，上述六种不同仿真实验的权值能够通过上述关系式对待选绝缘气体和待选固体材料的相容性进行理论层面的评价。本实施方式中，m1、m2、m3分别设置为0.25、0.125和0.125，m4、m5、m6分别设置为0.25、0.125和0.125，在其他实施方式中可根据实际情况对三级权重常数做出适应性调整。
基于第三权重关系，能够很好的将六种不同的理论仿真试验方式结合起来，在理论层面上，对待选绝缘气体和待选固体材料的相容性进行综合评价，相对于单一的理论评价手段来说，评价的精确度显著提高。
S7，建立物理实验权值和仿真计算权值之间的第一权重关系，根据物理实验权值、仿真计算权值和第一权重关系，对待选绝缘气体和待选固体材料之间的相容性进行评价。其中，第一权重关系是，以物理实验权值和仿真计算权值为自变量的函数关系，满足关系式Z＝aX+bY，其中X为物理实验权值，Y为仿真计算权值，a和b为一级权重常数，且a+b＝1，本实施方式中优选a为0.5且b为0.5；多次实验拟合发现，能够通过上述关系将物理层面和理论层面的评价结合起来，利用Z评价待选绝缘气体和待选固体材料之间的相容性。
基于第一权重关系，能够很好的将前述四种不同的物理试验表征方式与六种不同的理论仿真试验方式结合起来，实现了物理测试与理论实验的有机整合，对待选绝缘气体和待选固体材料的相容性进行综合评价，对更多的参变量因子进行系统考察，能够不拘泥单元物理评价方式或者理论评价方式，以常用的SF6气体为基准参照，对待选绝缘气体和待选固体材料的相容性进行全面系统的评价，使评价的精确度显著提高。
此外，请参阅图2，上述新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法通过相容性测试装置执行测试，本实施方式中，相容性测试装置包括第一供气瓶、第二供气瓶、真空泵、气室箱、样品架和气压表；第一供气瓶和第二供气瓶通过管道连通汇聚后，分别同真空泵和气室箱连通，样品架设置于气室箱内腔中；第一供气瓶和第二供气瓶中分别容纳有测试用的缓冲气体和绝缘气体，样品架用于承载待选固体材料；气压表与气室箱内腔连通，用于测试所示气室箱中的气压。
具体地，主要以前述对物理实验数据的获取为例，对本实施方式中相容性测试装置的执行步骤进行阐述：实验平台如图2所示，首先搭建绝缘气体与固体材料之间的相容性实验平台，试验前先需要检测实验装置的气密性，使用真空泵将实验装置抽成真空，充入背景气体，静置24小时，若实验装置中气压表示数不发生变化，则实验装置的气密性良好，可以进行试验；检测完气密性后，需要使用无水乙醇仔细擦拭固体材料样品和试验装置，室温干燥24小时，再将要进行试验的固体材料放入试验装置中，并将装置密封；再对试验装置进行2～3次的洗气处理，排除实验装置内的杂质气体；根据道尔顿分压定律，选择充入第一供气瓶和第二供气瓶中绝缘气体的量和缓冲气体的量，充气完毕后，将实验装置放入加热箱中进行不同温度的热加速试验，具体针对不同测试参数的需求采用与之相适应的仪器，在此不做赘述。
区别于现有技术的情况，本发明提供了一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，通过结合物理实验和理论仿真两方面的测试数据，建立获取相应的物理实验权值、仿真计算权值及两者之间的函数关系，并根据物理实验权值、仿真计算权值及两者之间的函数关系，对绝缘气体与异质固体材料的相容性进行评估，该方法很好地结合了多种相容性评价手段，能够显著提高对绝缘气体与异质固体材料相容性评价的准确度。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，其步骤包括：
获取待选绝缘气体和待选固体材料作用后的若干项物理实验数据，赋予各项物理实验数据相应的权值，并建立集合A；
获取SF6气体和待选固体材料作用后的若干项物理实验数据，赋予各项物理实验数据相应的权值，并建立集合A’；
所述集合A和集合A’中相同类型的物理实验数据所对应权值的绝对差值，组成集合A”，结合所述集合A”中各元素之间的权重关系得到物理实验权值；
获取待选绝缘气体和待选固体材料作用后的若干仿真计算数据，赋予各项仿真计算数据相应的权值，并建立集合B；
获取SF6气体和待选固体材料作用后的若干项仿真计算数据，赋予各项仿真计算数据相应的权值，并建立集合B’；
所述集合B和集合B’中相同类型的仿真计算数据所对应权值的绝对差值，组成集合B”，由所述集合B”中各元素之间的权重关系得到仿真计算权值；
建立所述物理实验权值和仿真计算权值之间的第一权重关系，根据所述物理实验权值、仿真计算权值和第一权重关系，对所述待选绝缘气体和待选固体材料之间的相容性进行评价。
2.根据权利要求1中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述第一权重关系是，以物理实验权值和仿真计算权值为自变量的函数关系，满足关系式Z＝aX+bY，其中X为所述物理实验权值，Y为所述仿真计算权值，a和b为一级权重常数，且a+b＝1，Z用于评价所述待选绝缘气体和待选固体材料之间的相容性。
3.根据权利要求2中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述物理实验数据通过固体测试实验和气体测试实验获得；
所述固体测试实验包括固体材料表面形貌测试、固体材料表面元素测试和固体材料力学性能测试，所述气体测试实验包括对气体分解产物种类和浓度测试。
4.根据权利要求3中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述固体材料表面形貌测试为对待选固体材料的表面粗糙度程度、析出晶体颗粒的数量和表面颜色的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第一实验权值；
所述固体材料表面元素测试为对待选固体材料的表面元素种类或含量的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第二实验权值；
所述固体材料力学性能测试为对待选固体材料的拉伸强度变化程度进行测试，并根据测试数据建立第三实验权值；
所述气体测试实验为对待选气体的分解产物种类和浓度的变化程度进行测试，并根据测试数据建立第四实验权值；
所述集合A、集合A’和集合A”中所含元素数目均为4。
5.根据权利要求4中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述物理实验权值的获得步骤为：
建立所述第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值之间的第二权重关系，根据所述第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值、第四实验权值和第二权重关系，得出所述物理实验权值。
6.根据权利要求5中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述第二权重关系是，以所述第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值为自变量并以所述物理实验权值为因变量的函数关系，满足关系式X＝n1x1+n2x2+n3x3+n4x4，其中x1、x2、x3和x4均为所述第一实验权值、第二实验权值、第三实验权值和第四实验权值，n1、n2、n3和n4分别为二级权重常数，且n1+n2+n3+n4＝1，X为所述物理实验权值。
7.根据权利要求2中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述仿真计算数据分别通过密度泛函理论和分子动力学理论仿真计算获得：
所述基于密度泛函理论的仿真计算包括吸附能、电荷转移和态密度；
所述基于分子动力学理论的仿真计算包括溶解度参数、扩散系数和相互作用能。
8.根据权利要求7中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述吸附能基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，两者之间所产生的相互作用能进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第一仿真权值；
所述电荷转移基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，两者之间的电荷转移差值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第二仿真权值；
所述态密度基于密度泛函理论，对绝缘气体和待选固体材料作用前后，电子态密度的变化值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第三仿真权值；
所述溶解度参数基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，绝缘气体溶解度参数与固体材料溶解度参数绝对差值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第四仿真权值；
所述扩散系数基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用后，绝缘气体在固体材料中的渗透和扩散程度值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第五仿真权值；
所述相互作用能基于分子动力学理论，对绝缘气体和待选固体材料作用前后，绝缘气体和待选固体材料所组成系统的能量变化值进行仿真计算，并根据仿真计算获取的数据建立第六仿真权值；
所述集合B、集合B’和集合B”中所含元素数目均为6。
9.根据权利要求8中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述仿真计算权值的获得步骤为：
建立所述第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值之间的第三权重关系，根据所述第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值、第六仿真权值和第三权重关系，得出所述仿真计算权值。
10.根据权利要求9中新型环保绝缘气体与设备内固体材料相容性的评估方法，其特征在于，所述第三权重关系是，以所述第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值为自变量并以所述仿真计算权值为因变量的函数关系，满足关系式Y＝m1y1+m2y2+m3y3+m4y4+m5y5+m6y6，其中y1、y2、y3、y4、y5和y6分别为所述第一仿真权值、第二仿真权值、第三仿真权值、第四仿真权值、第五仿真权值和第六仿真权值，m1、m2、m3、m4、m5和m6均为三级权重常数，且m1+m2+m3+m4+m5+m6＝1，Y为所述仿真计算权值。
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