一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法技术

本发明专利技术涉及一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特点是：制作绝缘隔板样片，测量样片表面原子种类、含量和化学键占比，建立隔板分子结构模型并进行优化，计算隔板样片分子的带隙宽度及电子亲和势，在隔板分子最优结构模型中添加特定元素，再次优化分子结构模型，构建宽散射截面和高逸出势垒的低二次电子发射系数表面结构，采用离子溅射、真空蒸镀和化学刻蚀处理，进一步改性绝缘隔板。本发明专利技术设计合理，其通过合理修饰隔板表面状态，可提升开关柜在高温、高湿、凝露和污秽环境下的绝缘水平，为提高电力装备绝缘水平和运行可靠性提供理论依据和实践方法。靠性提供理论依据和实践方法。靠性提供理论依据和实践方法。

【技术实现步骤摘要】
一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法


[0001]本专利技术属于高压开关
，尤其是一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法。

技术介绍

[0002]目前，高压开关正在朝智能化、小型化和复合绝缘化快速发展，为确保足够的绝缘水平，隔板被大量应用于开关柜内。然而，近年来开关柜内局部放电故障频发，严重影响电网安全稳定运行。据统计，近5年27家省级电网公司40.5kV开关柜故障案例中，由绝缘裕度减小、安全距离不足、绝缘可靠性降低等原因造成的开关柜闪络故障占比约为60％，提升开关柜绝缘水平已成为保障电力系统安全运行的迫切要求。
[0003]近年来，国内外学者在开关柜绝缘水平评估、潜伏性故障诊断和柜内局部放电原因剖析等方面开展了多项研究，对固体绝缘沿面闪络过程及其宏观影响因素进行了深入分析，提出了二次电子雪崩模型。二次电子雪崩模型具有较高的普适性，在电力装备沿面闪络机理分析和沿面耐电性能优化技术研发中凸显优势。然而，基于绝缘材料本征特性的二次电子倍增机制国内外少有研究，从绝缘材料原子组成和分子键合结构出发的低二次电子发射系数表面结构构筑技术探索更是存在大量空白。
[0004]表面状态是影响材料二次电子发射特性的直接因素，诸如氧化、粘污、吸附水分子和羟基自由基等原因，往往会增加材料表面能，使内二次电子的平均散射自由程延长，逸出能力增强，对二次电子发射起到促进作用。此外，由于缺乏对二次电子发射过程的机理分析，通过抑制二次电子发射提高绝缘材料沿面耐电性能的技术方法仍以试验为主，亟需系统全面的理论指导。因此，如何形成强针对性和高有效性的隔板沿面耐电性能优化是目前迫切需要解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，实现了对隔板二次电子倍增能力的理论评估，为宽散射截面和高逸出势垒的低二次电子发射系数表面结构构筑提供理论依据，形成强针对性和高有效性的隔板沿面耐电性能优化方法，进而有效提升开关柜绝缘水平。
[0006]本专利技术解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0007]一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、制作绝缘隔板样片，对绝缘隔板样片进行超声清洗，吹干后放入真空箱中保存；
[0009]步骤2、将绝缘隔板样片放入X射线光电子能谱仪中，测量样片表面原子种类、含量和化学键占比，建立隔板分子结构模型；
[0010]步骤3、对步骤2建立的隔板分子结构模型进行几何优化，通过数值比较得到势能面上能量最小的点，得到隔板分子最优结构模型；
[0011]步骤4、对步骤3得到的隔板分子最优结构模型进行计算，得到隔板样片分子的带隙宽度，并计算样片分子电子亲和势；
[0012]步骤5、在步骤3得到的隔板分子最优结构模型中添加特定元素，改变特定元素与氧原子百分比，再次优化分子结构模型，使优化后的模型具有最低势能；
[0013]步骤6、对步骤5优化后的模型进行计算，获得隔板样片分子的带隙宽度，计算样片分子电子亲和势，得到原子种类、含量和化学键占比对隔板分子带隙宽度和电子亲和势的影响规律，基于该规律通过磁控溅射技术对隔板样片进行理化改性，构建宽散射截面和高逸出势垒的低二次电子发射系数表面结构；
[0014]步骤7、在低二次电子发射系数表面结构基础上，采用离子溅射、真空蒸镀和化学刻蚀处理，进一步优化绝缘隔板。
[0015]而且，所述步骤1采用无水乙醇、纯水和丙酮分别对绝缘隔板样片超声清洗5min；采用氮气吹干后，放入真空箱中保存20min。
[0016]而且，所述步骤2使用分子动力学模拟软件Gaussian建立隔板分子结构模型。
[0017]而且，所述步骤2建立的隔板分子结构模型中原子种类、含量和化学键占比与测量结果一致，同时原子排布以直线型、芳香环型、平面三角型、三角锥型为主，化学键包含单键、双键和三键类型。
[0018]而且，所述步骤3采用分子动力学模拟软件Gaussian对隔板分子结构模型进行几何优化，优化得到的隔板分子最优结构模型在三维空间中应具有最低势能，该模型为直线型、芳香环型、平面三角形或三角锥型结构，化学键包含单键、双键和三键类型。
[0019]而且，所述步骤4采用分子动力学模拟软件Gaussian计算隔板样片分子的带隙宽度，并采用下式计算样片分子电子亲和势：
[0020]EA＝E
A
‑
E
A
‑
[0021]其中，E为最优结构模型具有的势能，A为最优结构模型，A
‑
为负一价的A离子。
[0022]而且，所述步骤5中添加的特定元素为氟、碳或硅，使得特定元素与氧原子百分比介于0
‑
55％之间；再次优化的模型以直线型、芳香环型、平面三角型、三角锥型结构为主，化学键包含单键、双键和三键类型。
[0023]而且，所述步骤6的具体实现方法为：采用分子动力学模拟软件Gaussian对步骤5优化后的模型进行计算，计算样片分子电子亲和势，得到原子种类、含量和化学键占比对隔板分子带隙宽度和电子亲和势的影响规律，基于该规律通过磁控溅射技术对隔板样片进行理化改性，溅射过程中调控气体种类、靶材类型、功率、时间和气压，构建宽散射截面和高逸出势垒的低二次电子发射系数表面结构，其中，计算样片分子电子亲和势的公式为：
[0024]EA＝E
A
‑
E
A
‑
[0025]其中，E为最优结构模型具有的势能，A为最优结构模型，A
‑
为负一价的A离子；
[0026]而且，所述气体种类为F2/N2、CF4/N2，素数靶材种类为Si、PTFE或石墨，所述功率为50W
‑
300W，所述时间为30min
‑
240min，所述气压为0.5Pa
‑
3Pa。
[0027]而且，所述步骤7在离子溅射、真空蒸镀和化学刻蚀处理过程中，调控功率、时间、气压及真空度参数，所述功率为20W
‑
200W，所述气压为0.5Pa
‑
3Pa，所述时间为10min
‑
60min，所述真空度为0.01Pa
‑
0.5Pa。
[0028]本专利技术的优点和积极效果是：
[0029]1、本专利技术通过X射线光电子能谱仪测量样片表面原子种类、含量和化学键占比，通过测量得到的样片化学组分，建立隔板分子结构模型，仿真计算原子种类、含量和化学键占比对隔板分子带隙宽度和电子亲和势的影响规律，基于仿真结果对隔板进行表面理化改性，构建宽散射截面和高逸出势垒的低二次电子发射系数表面结构，最后采用离子溅射、真空蒸镀和化学刻蚀技术，调控功率、时间、气压/真空度等参数，提高粗糙度和憎水性，抑制二次电子发射，提升沿面耐电性能，将其应用于固体绝缘材料抑制二次电子发射、提高表面憎本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1、制作绝缘隔板样片，对绝缘隔板样片进行超声清洗，吹干后放入真空箱中保存；步骤2、将绝缘隔板样片放入X射线光电子能谱仪中，测量样片表面原子种类、含量和化学键占比，建立隔板分子结构模型；步骤3、对步骤2建立的隔板分子结构模型进行几何优化，通过数值比较得到势能面上能量最小的点，得到隔板分子最优结构模型；步骤4、对步骤3得到的隔板分子最优结构模型进行计算，得到隔板样片分子的带隙宽度，并计算样片分子电子亲和势；步骤5、在步骤3得到的隔板分子最优结构模型中添加特定元素，改变特定元素与氧原子百分比，再次优化分子结构模型，使优化后的模型具有最低势能；步骤6、对步骤5优化后的模型进行计算，获得隔板样片分子的带隙宽度，计算样片分子电子亲和势，得到原子种类、含量和化学键占比对隔板分子带隙宽度和电子亲和势的影响规律，基于该规律通过磁控溅射技术对隔板样片进行理化改性，构建宽散射截面和高逸出势垒的低二次电子发射系数表面结构；步骤7、在低二次电子发射系数表面结构基础上，采用离子溅射、真空蒸镀和化学刻蚀处理，进一步优化绝缘隔板。2.根据权利要求1所述的一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特征在于：所述步骤1采用无水乙醇、纯水和丙酮分别对绝缘隔板样片超声清洗5min；采用氮气吹干后，放入真空箱中保存20min。3.根据权利要求1所述的一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特征在于：所述步骤2使用分子动力学模拟软件Gaussian建立隔板分子结构模型。4.根据权利要求1所述的一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特征在于：所述步骤2建立的隔板分子结构模型中原子种类、含量和化学键占比与测量结果一致，同时原子排布以直线型、芳香环型、平面三角型、三角锥型为主，化学键包含单键、双键和三键类型。5.根据权利要求1所述的一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特征在于：所述步骤3采用分子动力学模拟软件Gaussian对隔板分子结构模型进行几何优化，优化得到的隔板分子最优结构模型在三维空间中应具有最低势能，该模型为直线型、芳香环型、平面三角形或三角锥型结构，化学键包含单键、双键和三键类型。6.根据权利要求1所述的一种基于绝缘隔板优化的开关柜绝缘水平提升方法，其特征在于：所述步骤4采用分子动力学模拟软件Gaus...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵琦，李松原，贺春，陈荣，何金，宋晓博，朱旭亮，邢向上，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：