CN112924332B - 基于cfd技术的gis设备中so2扩散特性确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，它包括：对SF₆电气设备模型等比例建模；确定初始浓度对SO₂扩散的影响；确定绝对压力对SO₂扩散的影响；确定模型各个监测点SO₂浓度变化情况；得出在同一压力不同初始浓度条件下，初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长；绝对压力越大SO₂的扩散速率越大，SO₂扩散至均匀所需要的时间越少；解决了现有技术尚无人研究特征分解物SO2在GIS设备中扩散特性，不能为进一步判断设备故障提供参考等技术问题。

Description

基于CFD技术的GIS设备中SO2扩散特性确定方法

技术领域

本发明属于气体扩散特征研究技术领域，尤其涉及一种基于CFD 技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法。

背景技术

六氟化硫(SF₆)气体因其具有极其稳定的化学性质、优异的绝缘特性和灭弧特性，而被广泛应用于35kv及以上电压等级的气体绝缘开关(GIS)和高压断路器等电气设备中。常温常压下，纯净的SF₆气体具有很好的稳定性，当发生放电等内部故障时，SF₆气体在故障产生的高温下会发生分解，与SF₆电气设备中混有的少量的氧气、水分和固体绝缘介质等进一步反应，生成SO₂和H₂S等稳定的标志性分解产物。其中，SO₂作为SF₆气体绝缘电气设备最具有标志性的故障特征分解物，产气率随故障发展持续增长，其含量越高，表征设备内部故障越严重，标准中已明确SO₂是最典型的特征分解气体，判断设备故障意义重大关于监测特征分解物SO₂的手段有很多，包括电化学传感器法、紫外光谱、光声光谱法等，已经在变电站现场监测领域得到了应用。正是因为监测特征分解物判断设备故障技术已经趋于成熟，而监测故障分解物的准确性与气体扩散效应相关，因此研究SO₂在GIS设备内部的扩散效应具有十分重要的意义。

而现有技术中尚无人研究特征分解物SO₂在GIS设备中扩散特性，不能为进一步判断设备故障提供参考。

发明内容

本发明要解决的技术问题：提供一种基于CFD技术的GIS设备中 SO₂扩散特性确定方法，以解决现有技术尚无人研究特征分解物SO₂在GIS设备中扩散特性，不能为进一步判断设备故障提供参考等技术问题。

本发明技术方案：

一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，它包括：

步骤1、对SF₆电气设备模型等比例建模，模型分为两个部分，下方圆柱为设备本体，上方圆柱为取气口，整个几何模型为封闭结构；

步骤2、确定初始浓度对SO₂扩散的影响；

步骤3、确定绝对压力对SO₂扩散的影响；

步骤4、确定模型各个监测点SO₂浓度变化情况；

步骤5、通过步骤2-4得出：在同一压力不同初始浓度条件下，初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长；在同一浓度绝对压力分别为0.4Mpa和0.6Mpa条件下，扩散达到均匀的时间分别为5390s和4800s， GIS设备SF₆体系中SO₂扩散时，绝对压力越大SO₂的扩散速率越大， SO₂扩散至均匀所需要的时间越少。

步骤2所述确定初始浓度对SO₂扩散的影响的方法包括：假设设备本体内部边缘位置(0，-0.325，0)存在不同浓度的SO₂气体，其余位置均为SF₆气体；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；使用FLUENT仿真模拟得到10种不同初始浓度况下扩散达到均匀时浓度大小和时间，见表1：

表1不同SO₂初始浓度下扩散均匀的时间及浓度

由表1得到SO₂气体初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长，扩散均匀后的浓度也越大。

它还包括：引入变量C₁和C₂，C₁表示特征组份气体的初始浓度， C₂表示特征组份气体在SF₆电气设备中扩散达到均匀时的浓度，建立 C₁与C₂对应的浓度大小关系，见表2；

表2 C₁与C₂对应浓度大小(单位：μL·L^-1)

用皮尔森相关系数来描述C₁和C₂之间的相关性，相关系数用r 表示，公式为：

式中：n为样本量，X和Y分别表示C₁和C₂，X_i、Y_i和X、Y分别为两个变量的观测值和均值；r描述两个变量间线性相关强弱的程度； r的取值在-1与+1之间，若r>0，表明两个变量是正相关，若r<0，表明两个变量是负相关，r的绝对值越大表明相关性越强。

通过拟合的方式对表2中(C₁，C₂)10个点进行线性拟合，得到 C₁与C₂之间的关系表达式如下所示：

C₁＝147.05C₂+6.24           (2)。

步骤3所述确定绝对压力对SO₂扩散的影响的方法为：假设设备内部边缘位置(0，-0.325，0)存在浓度为500μL·L^-1的SO₂气体，选用绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa来定性和定量的分析绝对压力对SO₂扩散的影响。

分析绝对压力对SO₂扩散的影响的方法为：取Z＝0的切面进行观测，在模型内部绝对压力为0.4Mpa的条件下，SO₂扩散1000s后，整个切面内SO₂的浓度小于9.13μL·L^-1，SO₂的浓度处于0.46μL·L^-1至8.68 μL·L^-1，SO₂的浓度有一个从下到上的浓度梯度，设备底部浓度最高，设备顶部浓度最低，浓度差为9.13μL·L^-1；当扩散时间来到3000s时，整个切面SO₂浓度低于4.25μL·L^-1，模型内部SO₂扩散更加均匀，设备右下方浓度最高，取气口处浓度最低，浓度差为3.15μL·L^-1；当扩散时间为5390s时，最大浓度为3.63μL·L^-1，最小浓度为2.71μL·L^-1，浓度差为0.92μL·L^-1，扩散达到均匀。

分析绝对压力对SO₂扩散的影响的方法为：取Z＝0的切面进行观测，在模型内部绝对压力为0.6Mpa条件下，经过1000s的扩散后，整个切面内SO₂的浓度小于8.64μL·L^-1，呈现出设备底部浓度最高，设备顶部浓度最低，SO₂的浓度处于0.44μL·L^-1至8.21μL·L^-1，浓度差为8.64μL·L^-1；当扩散3000s以后，整个切面的SO₂的浓度均低于4.18 μL·L^-1，设备下方浓度最高，取气口位置浓度最低，浓度差为2.97μL·L^-1；当扩散时间为4800s时，最大浓度为3.63μL·L^-1，最小浓度为2.64μL·L^-1，浓度差为0.99μL·L^-1，扩散达到均匀。

它还包括：引入变量最大浓度差Δc表示某一时刻整个切面中最大浓度与最小浓度之差；绝对压力为0.4Mpa时，在扩散时间达到3000s 时，SO₂在SF₆电气设备中分布情况一致，但浓度大小存在差异；绝对压力为0.4Mpa条件下，SO₂气体经过3000s的扩散后，Z＝0切面的 SO₂气体最大浓度为4.25μL·L^-1，最小浓度为1.1μL·L^-1，最大浓度差Δc0.4 ＝3.15μL·L^-1；绝对压力为0.6Mpa时，同样经过3000s的扩散后，SO₂在切面中的最大和最小浓度分别为4.18μL·L^-1和1.21μL·L^-1，最大浓度差Δc0.6＝2.97μL·L^-1；通过对比不同绝对压力条件下最大浓度差看出，对于SO₂气体而言，绝对压力越大，最大浓度差越小；而最大浓度差可以间接的反映出SO₂气体在设备内部扩散均匀的程度，最大浓度差越小，扩散越均匀；在绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa时，SO₂气体在 Z＝0切面上扩散达到均匀的时间分别为5390s和4800s；因此可以得到绝对压力的增长提高了SO₂气体在SF₆气体中的扩散速率。

步骤4所述确定模型各个监测点SO₂浓度变化情况的方法为：

SO₂气体在0.4Mpa和0.6Mpa情况下，在模型内部设置14个监测点，以几何模型左平面中心为原点，各监测点坐标如下表3所示；

表3监测点坐标

监测14个监测点特征组份气体浓度随时间变化的规律；得出：在扩散开始，各监测点SO₂浓度为0，随着时间的推移，各监测点处 SO₂浓度逐渐上升，最终趋于稳定，扩散达到均匀；

选择监测点9，11和14对这三个监测点处SO₂浓度变化情况进行对比；最终得出：SO₂气体在0.4Mpa和0.6Mpa情况下，在GIS内部扩散达到均匀的时间为5390s和4800s，压力的增加，提高了SO₂的扩散速率，使得SO₂扩散均匀的时间提前。

本发明的有益效果：

本发明使用流体力学(CFD)技术，基于FLUENT仿真模拟研究 SO₂在GIS设备内扩散效应，研究不同初始浓度和不同绝对压力条件下SO₂扩散的影响，拟合得到了同一压力下，初始浓度与扩散均匀时浓度的线性关系式，为进一步判断设备故障提供参考。同时，得到不同绝对压力条件下扩散前、中、后期SO₂在SF₆电气设备内浓度大小及浓度分布，为生产实践中监测技术提供指导；

为了研究标志性特征故障分解物SO₂在GIS设备内部扩散效应，在不同初始浓度和不同绝对压力条件下，本发明基于CFD技术仿真软件FLUENT得到SO₂在设备内部的扩散特性。结果表明，在同一压力不同初始浓度条件下，初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长。拟合得到了初始浓度和扩散均匀时浓度之间的函数关系式，为进一步判断设备故障提供理论依据。在同一浓度绝对压力分别为0.4Mpa和 0.6Mpa条件下，扩散达到均匀的时间分别为5390s和4800s，表明不同压力环境对GIS设备SF₆体系中SO₂扩散有一定的影响，绝对压力越大，SO₂的扩散速率越大，SO₂扩散至均匀所需要的时间越少。本发明研究还可与在线监测技术设定监测周期相结合，监测频繁会缩短监测设备的使用寿命，监测间隔时间长则会导致潜伏性故障未及时检测到，因此本发明也可为监测技术设定监测周期提供理论依据；解决了现有技术尚无人研究特征分解物SO₂在GIS设备中扩散特性，不能为进一步判断设备故障提供参考等技术问题。

附图说明

图1为具体实施方式中线性拟合与实际数据对比示意图；

图2为具体实施方式中0.4Mpa压力条件，Z＝0切面t＝1000s时SO₂浓度场示意图；

图3为具体实施方式中0.4Mpa压力条件，Z＝0切面t＝3000s时SO₂浓度场示意图；

图4为具体实施方式中0.4Mpa压力条件，Z＝0切面t＝5390s时SO₂浓度场示意图；

图5为具体实施方式中0.6Mpa压力条件，Z＝0切面t＝1000s时SO₂浓度场示意图；

图6为具体实施方式中0.6Mpa压力条件，Z＝0切面t＝3000s时SO₂浓度场示意图；

图7为具体实施方式中0.6Mpa压力条件，Z＝0切面t＝4800s时SO₂浓度场示意图；

图8为具体实施方式中0.4Mpa条件下，监测点SO₂浓度随时间变化情况示意图；

图9为具体实施方式中0.6Mpa条件下，监测点SO₂浓度随时间变化情况示意图；

图10为具体实施方式中不同绝对压力条件下，不同监测点浓度变化对比示意图。

具体实施方式

一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，它包括：

步骤1、建立模型及初始条件

SF₆电气设备模型^]等比例建模，模型分为两个部分，下方大圆柱为设备本体，上方小圆柱为取气口，整个几何模型处于封闭结构。考虑到实际情况中，SF₆在高压电气设备中均处于高压环境，因此在整个仿真过程中，模型内部绝对压力选择0.4Mpa和0.6Mpa，温度为300K。模拟计算基于ANSYS FLUENT软件平台，通过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、确定初始浓度对SO₂扩散的影响；

为了研究不同初始浓度对SO₂扩散情况的影响，假设设备本体内部边缘位置(0，-0.325，0)存在不同浓度的SO₂气体，其余位置均为SF₆气体。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。使用FLUENT仿真模拟得到10种不同初始浓度况下扩散达到均匀时浓度大小和时间，结果如下表1所示。

表1不同SO₂初始浓度下扩散均匀的时间及浓度

由表1可知，SO₂气体初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长，扩散均匀后的浓度也越大，反之亦然。为了进一步探究初始浓度与扩散达到均匀时的浓度之间的关系，本发明引入变量C₁和C₂，C₁表示特征组份气体的初始浓度，C₂表示特征组份气体在SF₆电气设备中扩散达到均匀时的浓度，C₁与C₂对应的浓度大小如下表2所示。

表2C₁与C₂对应浓度大小(单位：μL·L^-1)

用皮尔森相关系数来描述C₁和C₂之间的相关性，皮尔森相关系数也称皮尔森积矩相关系数，是一种线性相关系数。皮尔森相关系数是用来反映两个变量线性相关程度的统计量。相关系数用r表示，其中n为样本量，X和Y分别表示C₁和C₂，X_i、Y_i和X、Y分别为两个变量的观测值和均值。r描述的是两个变量间线性相关强弱的程度。r 的取值在-1与+1之间，若r>0，表明两个变量是正相关，若r<0，表明两个变量是负相关，r的绝对值越大表明相关性越强。

通过计算求得r＝0.9999，说明C₁和C₂之间有很强的正相关性。为了进一步验证结果的准确性，

通过拟合的方式对表2中(C₁，C₂)10个点进行线性拟合，结果如下图1所示。

由图1可知，拟合结果与实际数据的分布几乎完全吻合，证明了 C₁与C₂之间存在很强的线性正相关性。得到C₁与C₂之间的关系表达式如下所示：

C₁＝147.05C₂+6.24           (2)

当SF₆电气设备发生故障时，现有的技术手段很难确定故障产生的特征组份气体总体的含量，而建立起C₁与C₂之间的数学关系式，得到初始时刻浓度与扩散均匀后浓度之间的关系，能够通过在线监测或离线检测得到C₂的大小，进而推断故障产生的特征组份气体总体含量C₁，为进一步判断故障的严重性提供依据。

步骤3、确定绝对压力对SO₂扩散的影响；

为了确定不同绝对压力条件对SO₂扩散的影响，假设设备内部边缘位置(0，-0.325，0)存在浓度为500μL·L^-1的SO₂气体，选用绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa来定性和定量的分析绝对压力对SO₂扩散的影响。当扩散开始后，随着时间的推移，设备内部各处SO₂浓度不断变化，为了更直观的观察设备内部浓度的分布和变化情况，取Z＝0的切面，其浓度分布云图如图2-7所示。

由图2-图7可以发现，在模型内部绝对压力为0.4Mpa的条件下， SO₂扩散1000s后，整个切面内SO₂的浓度小于9.13μL·L^-1，SO₂的浓度主要处于0.46μL·L^-1至8.68μL·L^-1，SO₂的浓度分布也呈现了一定的规律性，浓度有一个明显的从下到上的浓度梯度，设备底部浓度最高，设备顶部浓度最低，浓度差为9.13μL·L^-1。当扩散时间来到3000s时，整个切面SO₂浓度低于4.25μL·L^-1，模型内部SO₂扩散更加均匀，设备右下方浓度最高，取气口处浓度最低，浓度差为3.15μL·L^-1。当扩散时间为5390s时，最大浓度为3.63μL·L^-1，最小浓度为2.71μL·L^-1，浓度差为0.92μL·L^-1，扩散达到均匀。

在模型内部绝对压力为0.6Mpa条件下，经过1000s的扩散后，整个切面内SO₂的浓度小于8.64μL·L^-1，仍然呈现出设备底部浓度最高，设备顶部浓度最低，SO₂的浓度主要处于0.44μL·L^-1至8.21μL·L^-1，浓度差为8.64μL·L^-1。当扩散3000s以后，整个切面的SO₂的浓度均低于4.18μL·L^-1，设备下方浓度最高，取气口位置浓度最低，浓度差为 2.97μL·L^-1。当扩散时间为4800s时，最大浓度为3.63μL·L^-1，最小浓度为2.64μL·L^-1，浓度差为0.99μL·L^-1，扩散达到均匀。

为了进一步确定绝对压力对SO₂气体在SF₆气体中扩散速率的影响，引入变量最大浓度差Δc，表示某一时刻整个切面中最大浓度与最小浓度之差。对比图3和图6可知，在扩散时间达到3000s时，SO₂在SF₆电气设备中分布情况基本一致，但浓度大小却存在差异。从图3可以看出，绝对压力为0.4Mpa条件下，SO₂气体经过3000s的扩散后，Z＝0切面的SO₂气体最大浓度为4.25μL·L^-1，最小浓度为1.1μL·L^-1，最大浓度差Δc0.4＝3.15μL·L^-1。而在图6中，同样经过3000s的扩散， SO₂在切面中的最大和最小浓度分别为4.18μL·L^-1和1.21μL·L^-1，最大浓度差Δc0.6＝2.97μL·L^-1。通过对比不同绝对压力条件下最大浓度差可以看出，对于SO₂气体而言，绝对压力越大，最大浓度差越小。而最大浓度差可以间接的反映出SO₂气体在设备内部扩散均匀的程度，最大浓度差越小，扩散越均匀。在绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa时， SO₂气体在Z＝0切面上扩散达到均匀的时间分别为5390s和4800s。因此，通过以上分析可知，绝对压力的增长，提高了SO₂气体在SF₆气体中的扩散速率。

步骤4、确定模型各个监测点SO₂浓度变化情况；

为了进一步研究绝对压力对SO₂在GIS中扩散的影响，同时对设备内部不同位置的SO₂浓度分布进行定量分析，在模型内部设置14 个监测点，以几何模型左平面中心为原点，各监测点坐标如下表3所示。

表3各监测点坐标

在上述条件下监测这14个监测点特征组份气体浓度随时间变化的规律，结果如下图8和图9所示。由图8和图9可以明显看出，在不同绝对压力条件下，各监测点SO₂浓度变化特征相差不大。监测点 11的SO₂浓度变化趋势最为剧烈，监测点9、12、13的变化趋势次之，监测点14的SO₂浓度波动最小，其余各监测点的SO₂浓度变化趋势较小。结合SO₂扩散路径和各监测点浓度变化可以发现，SO₂整体扩散路径是先由设备左下边缘向右扩散，再由设备底部向上扩散。监测点11位于设备右下边缘，SO₂最先扩散到这一位置，所以监测点11 的变化趋势最为剧烈，监测点9、12、13位于设备Y＝0的最右平面， SO₂浓度波动次之，而监测点14距离初始扩散位置最远，所以SO₂浓度变化最小，其余各监测点波动相差不大。纵观整个的扩散过程，在扩散开始的一小段时间里，各监测点SO₂浓度为0，随着时间的推移，各监测点处SO₂浓度逐渐上升，最终趋于稳定，扩散达到均匀。

通过以上分析可知，各监测点处SO₂浓度变化情况跟各监测点所处的位置各有不同，但是总体的变化趋势都是随着时间的推移浓度上升，最终趋于稳定。为了更方便的对比不同绝对压力对SO₂扩散的影响，从以上14个监测点中选出3个具有代表性的监测点，所选监测点为9，11，14，对这三个监测点处SO₂浓度变化情况进行对比，对比结果如图10所示。

从图10可以看出，监测点9和11在开始扩散的2000s内浓度变化趋势很大，在0.4Mpa的绝对压力条件下，监测点9和11的变化趋势均为先增加后减小，最大浓度分别为5μL·L^-1和9μL·L^-1，在0.6Mpa 压力条件下，监测点9和11的浓度变化趋势与0.4Mpa时相似，但此时最大浓度分别为5.6μL·L^-1和10.2μL·L^-1，而对于监测点14，无论绝对压力为0.4Mpa或0.6Mpa，其SO₂浓度几乎为0。在接下来的扩散时间内，在绝对压力0.4Mpa情况下，监测点9和11SO₂浓度缓慢减小，最终趋于稳定。监测点14SO₂浓度缓慢增加，当扩散到10000s时，浓度均稳定在3.4μL·L^-1的一个水平。在绝对压力0.6Mpa情况下，与0.4Mpa压力情况相似，最终浓度也稳定维持在3.4μL·L^-1。

本发明给出不同绝对压力下各时刻浓度的大小，各监测点SO₂浓度变化的具体数据如下表4和表5所示。

表4 0.4Mpa条件下，各监测点在不同时刻SO₂浓度

表5 0.6Mpa条件下，各监测点在不同时刻SO₂浓度

在绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa条件下，基于FLUENT仿真得到不同绝对压力条件下Z＝0切面浓度大小及分布对比，同时对比分析 14个监测点和3个代表性监测点SO₂浓度随时间变化规律。可以得出， SO₂气体在0.4Mpa和0.6Mpa情况下，在GIS内部扩散达到均匀的时间为5390s和4800s，压力的增加，提高了SO₂的扩散速率，使得SO₂扩散均匀的时间提前，但由浓度分布云图和各监测点浓度变化可知，绝对压力的改变，对SO₂扩散的影响十分有限。

本发明的扩散特性确定方法同样可用于H₂S、SOF₂、SO₂F₂或HF 等分解物在GIS设备中气体扩散特性的确定。

Claims (7)

1.一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，它包括：

步骤1、对SF₆电气设备模型等比例建模，模型分为两个部分，下方圆柱为设备本体，上方圆柱为取气口，整个几何模型为封闭结构；

步骤2、确定初始浓度对SO₂扩散的影响；

步骤2所述确定初始浓度对SO₂扩散的影响的方法包括：假设设备本体内部边缘位置(0，-0.325，0)存在不同浓度的SO₂气体，其余位置均为SF₆气体；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；使用FLUENT仿真模拟得到10种不同初始浓度况下扩散达到均匀时浓度大小和时间，见表1：

表1不同SO₂初始浓度下扩散均匀的时间及浓度

由表1得到SO₂气体初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长，扩散均匀后的浓度也越大；引入变量C₁和C₂，C₁表示特征组份气体的初始浓度，C₂表示特征组份气体在SF₆电气设备中扩散达到均匀时的浓度，建立C₁与C₂对应的浓度大小关系，见表2；

表2 C₁与C₂对应浓度大小，单位：μL·L^-1

用皮尔森相关系数来描述C₁和C₂之间的相关性，相关系数用r表示，公式为：

式中：n为样本量，X和Y分别表示C₁和C₂，X_i、Y_i和

分别为两个变量的观测值和均值；r描述两个变量间线性相关强弱的程度；r的取值在-1与+1之间，若r>0，表明两个变量是正相关，若r<0，表明两个变量是负相关，r的绝对值越大表明相关性越强；

步骤3、确定绝对压力对SO₂扩散的影响；

步骤4、确定模型各个监测点SO₂浓度变化情况；

步骤5、通过步骤2-4得出：在同一压力不同初始浓度条件下，初始浓度越大，扩散达到均匀的时间越长；在同一浓度绝对压力分别为0.4Mpa和0.6Mpa条件下，扩散达到均匀的时间分别为5390s和4800s，GIS设备SF₆体系中SO₂扩散时，绝对压力越大SO₂的扩散速率越大，SO₂扩散至均匀所需要的时间越少。

2.根据权利要求1所述的一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，其特征在于：它还包括：通过拟合的方式对表2中(C₁，C₂)10个点进行线性拟合，得到C₁与C₂之间的关系表达式如下所示：

C₁＝147.05C₂+6.24           (2)。

3.根据权利要求1所述的一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，其特征在于：步骤3所述确定绝对压力对SO₂扩散的影响的方法为：假设设备内部边缘位置(0，-0.325，0)存在浓度为500μL·L^-1的SO₂气体，选用绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa来定性和定量的分析绝对压力对SO₂扩散的影响。

4.根据权利要求3所述的一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，其特征在于：分析绝对压力对SO₂扩散的影响的方法为：取Z＝0的切面进行观测，在模型内部绝对压力为0.4Mpa的条件下，SO₂扩散1000s后，整个切面内SO₂的浓度小于9.13μL·L^-1，SO₂的浓度处于0.46μL·L^-1至8.68μL·L^-1，SO₂的浓度有一个从下到上的浓度梯度，设备底部浓度最高，设备顶部浓度最低，浓度差为9.13μL·L^-1；当扩散时间来到3000s时，整个切面SO₂浓度低于4.25μL·L^-1，模型内部SO₂扩散更加均匀，设备右下方浓度最高，取气口处浓度最低，浓度差为3.15μL·L^-1；当扩散时间为5390s时，最大浓度为3.63μL·L^-1，最小浓度为2.71μL·L^-1，浓度差为0.92μL·L^-1，扩散达到均匀。

5.根据权利要求3所述的一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，其特征在于：分析绝对压力对SO₂扩散的影响的方法为：取Z＝0的切面进行观测，在模型内部绝对压力为0.6Mpa条件下，经过1000s的扩散后，整个切面内SO₂的浓度小于8.64μL·L^-1，呈现出设备底部浓度最高，设备顶部浓度最低，SO₂的浓度处于0.44μL·L^-1至8.21μL·L^-1，浓度差为8.64μL·L^-1；当扩散3000s以后，整个切面的SO₂的浓度均低于4.18μL·L^-1，设备下方浓度最高，取气口位置浓度最低，浓度差为2.97μL·L^-1；当扩散时间为4800s时，最大浓度为3.63μL·L^-1，最小浓度为2.64μL·L^-1，浓度差为0.99μL·L^-1，扩散达到均匀。

6.根据权利要求4或5所述的一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，其特征在于：它还包括：引入变量最大浓度差Δc表示某一时刻整个切面中最大浓度与最小浓度之差；绝对压力为0.4Mpa时，在扩散时间达到3000s时，SO₂在SF₆电气设备中分布情况一致，但浓度大小存在差异；绝对压力为0.4Mpa条件下，SO₂气体经过3000s的扩散后，Z＝0切面的SO₂气体最大浓度为4.25μL·L^-1，最小浓度为1.1μL·L^-1，最大浓度差Δc0.4＝3.15μL·L^-1；绝对压力为0.6Mpa时，同样经过3000s的扩散后，SO₂在切面中的最大和最小浓度分别为4.18μL·L^-1和1.21μL·L^-1，最大浓度差Δc0.6＝2.97μL·L^-1；通过对比不同绝对压力条件下最大浓度差看出，对于SO₂气体而言，绝对压力越大，最大浓度差越小；而最大浓度差可以间接的反映出SO₂气体在设备内部扩散均匀的程度，最大浓度差越小，扩散越均匀；在绝对压力为0.4Mpa和0.6Mpa时，SO₂气体在Z＝0切面上扩散达到均匀的时间分别为5390s和4800s；因此可以得到绝对压力的增长提高了SO₂气体在SF₆气体中的扩散速率。

7.根据权利要求1所述的一种基于CFD技术的GIS设备中SO₂扩散特性确定方法，其特征在于：步骤4所述确定模型各个监测点SO₂浓度变化情况的方法为：

SO₂气体在0.4Mpa和0.6Mpa情况下，在模型内部设置14个监测点，以几何模型左平面中心为原点，各监测点坐标如下表3所示；表3监测点坐标

监测14个监测点特征组份气体浓度随时间变化的规律；得出：在扩散开始，各监测点SO₂浓度为0，随着时间的推移，各监测点处SO₂浓度逐渐上升，最终趋于稳定，扩散达到均匀；

选择监测点9，11和14对这三个监测点处SO₂浓度变化情况进行对比；

最终得出：SO₂气体在0.4Mpa和0.6Mpa情况下，在GIS内部扩散达到均匀的时间为5390s和4800s，压力的增加，提高了SO₂的扩散速率，使得SO₂扩散均匀的时间提前。

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