[发明专利]一种SF6

权利要求书

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；

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下降到设备内部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，浓度大小为最小浓度在设备的底部，浓度大小为经过3000s的扩散，设备内部的最大浓度继续下降，下降到最大浓度出现在取气口位置，最小浓度位于设备右下方，此时最大浓度为最小浓度为经过6420s的扩散，设备内部最大浓度为

最小浓度为浓度差为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

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，xj表示特征组分气体沿腔体径向的位移，Sm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。