SF6混合气体电子输运特性的分析和蒙特卡罗模拟

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1、上海交通大学博士学位论文SF<,6>混合气体电子输运特性的分析和蒙特卡罗模拟姓名：李旭光申请学位级别：博士专业：电力系统及其自动化指导教师：肖登明;陈陈20030101SF6混合气体电子输运特性的分析和蒙特卡罗模拟摘要SF6气体因它的高耐电强度性质而被广泛应用在电力设备中然而由于SF6昂贵的价格对不均匀电场的敏感性和液化温度不够低等缺点人们已把兴趣转向研究SF6混合气体它的一些优点可能超过纯SF6气体理论研究对于理解气体的放电过程非常重要理论研究可以在宏观和微观的基础上进行宏观模型用电子崩放电参数来描述其发展过程微观模型给出了电子碰撞截面速度分布和放电参数之

2、间的关系采用微观模型计算气体中电子崩发展过程主要是描述气体放电中的各种碰撞截面和电子能量分布的关系一般可采用蒙特卡罗模拟方法和玻尔兹曼方程解析法蒙特卡罗模拟法跟踪每个电子的运动直到设定的距离或者时间终点玻尔兹曼方法则求解电子在相空间和电子能量分布关系的连续性方程经典的电子崩发展宏观模型一般只考虑电离附着以及漂移和扩散过程本文首先对电子崩发展经典模型进行了完善和发展在改进的模型中电子崩电流中正离子电流和负离子电流的表达式更为完整然后提出了一种分析电负性气体电子崩发展过程的四参数模型在该模型中不仅存在电离和附着过程而且存在着不稳定负粒子的去附着和转化过程同时也考

3、虑了电子的漂移和扩散依据该模型着重对去附着和转化过程对电子崩发展速度峰值的大小和出现的时间进行了仿真分析蒙特卡罗方法可以直接模拟电子输运过程计算气体放电参数具有直观简便适应范围广等优点但以往蒙特卡罗方法计算气体放电参数方面的研究主要集中于惰性气体和氮气以及二氧化碳等单一气体计算电负性气体放电参数方面的研究较少而计算电负性气体混合气体放电参数方面的研究则未见报道本文分析了随机变量和随机数对蒙特卡罗计算方法的收敛性精度和误差的影响改进了计算电负性气体电子崩发展的蒙特卡罗方法提出了计算混合气体电子崩发展的蒙特卡罗模型蒙特卡罗方法模拟大量电子在电场中的运动发展过程,

4、其计算结果准确性和电子碰撞截面选取及校正密切相关采用本文方法校正碰撞截面后算出的混合气体的有效电离系数漂移速度和扩散系数和实验结果相符合研究气体电子崩发展机理可采用稳态汤逊法SST或脉冲汤逊法PT为验证模拟结果的正确性本文采用PT法获得的SF6/N2SF6/CO2和SF6/Kr的实验结果和模拟结果进行对比分析了它们的电子崩发展特点给出了其有效电离I系数电子漂移速度和扩散系数的变化规律以及影响因素电子的输运是和离子的输运密切相关的电子的碰撞过程产生正离子和负离子而负离子的碰撞去附着过程又会产生电子这些电子又成为电子崩发展来源之一去附着过程又受转化过程的影响本文

5、采用物理化学中反应速率系数的概---念并结合离子能量分布计算了SF6气体碰撞电离过程中FSF和SF离子和分子65之间的碰撞去附着和转化系数,分析了它们的变化规律以及对电子崩发展的影响关键词气体放电电子崩混合气体六氟化硫蒙特卡罗方法IICHARACTERISTICRESEARCHANDMONTECARLOSIMULATIONOFELECTRONTRANSPORTINSF6GASMIXTURESABSTRACTSF6iswidelyusedinhighvoltageequipmentbecauseofitshighdielectricstrength.Since

6、SF6isratherexpensive,anditsliquefactiontemperatureisnotlowenough,thereiseverincreasinginterestinthepossibleapplicationofSF6gasmixtureswhichmayhavesomeadvantagesoverpureSF6.Theoreticalinvestigationsareimportantfortheunderstandingandmodelingoftheelectricaldischargebehaviorofinsulatin

7、ggases.Theoreticalmethodcanbebasedeitheronamacroscopicoronamicroscopicdescriptionoftheelectronswarminthegas.Macroscopicmodelspresumethattheprocesscanbedescribedbyswarmparameters.Themicroscopicmodelsgivetherelationofthecrosssectionvelocitydistributionandtheswarmparameters.Formicrosc

8、opicdescriptionofdevelopme