电力论文哪里有？本文首先对化学体系中所涉及分子进行了详细 3D 建模，并基于量子化学研究方法的 Schrodinger 方程结合密度泛函理论对整个 C4F7N/N2 混合气体体系进行了计算，获得了整个体系的化学反应路径，一共包括 35 条反应路径，其中有 25 条分解路径以及 10条分子与 N 原子的结合路径；
1 绪论
1.3 C4F7N 及其混合气体研究现状
国内外学者对于 C4F7N 气体已经开展了将近五年的研究，由于 C4F7N 气体较高的液化温度（当气压升高到 0.2MPa 时，纯 C4F7N 气体液化温度为 13.06℃），其纯气体不易使用在气温稍高的环境，一般学者将其与 N2、O2、CO2等缓冲气体混合，得到混合气体进行特性研究，由于缓冲气体的液化温度远低于 C4F7N，因此可以将混合气体当做理想气体考虑[40,41]。当 C4F7N 与 N2或者 CO2混合得到混合气体后，研究人员发现其混合气体的绝缘强度，并不会随着混合比的线性变化而呈现线性增长的趋势，故可以确定 C4F7N 气体与 N2气体和 CO2气体具有协同效应，且两种混合气体的协同效应随 C4F7N 占比的增大而增强[42]。国外学者 Kieffel 团队对于 C4F7N 气体进行了多年研究，现阶段其团队已根据实验指导，开发并应用了以 C4F7N/CO2 混合气体为绝缘气体的 145kV 的 GIS 设备，并也将该混合气体应用于 420kV 的 GIL 设备中[43]，其团队还对 C4F7N 气体的分解机理进行了深入探究，通过组份检测将 C4F7N 气体分解产物进行了详细阐述[44]。对于国内电气企业如西电集团，对纯 SF6、CO2及 C4F7N/CO2 混合气体的雷电冲击电压下绝缘特性进行了实验分析，认为混合气体具有恢复特性，但恢复有时间限制，且混合气体的击穿电压随着条件的变大而上升的斜率最大[45,46]，西电集团也在 252kV 盆式绝缘子中对 C4F7N/CO2 混合气体做了工频沿面闪络实验，结果表明大部分沿面闪络发生在盆式绝缘子凹面侧，且相同气压下，其混合气体的绝缘性能存在饱和趋势，并在某些条件下，混合气体的绝缘性能与SF6 气体的绝缘性能相当[47]。
3 C4F7N/N2 混合气体体系微观特征计算
3.1 粒子结构优化
粒子结构优化简而言之便是通过 一定计算方法，如本文使用到的密度泛函B3LYP/6-311G（d,p）计算方法，对分子的结构进行重新的调整，以达到将分子在结构上处于能量最低态及最稳定态，故也称整个过程为结构优化及能量极小化，对于优化过程，一般通过计算将整个粒子的能量进行梯度式降低，随着离子结构的变化，整个粒子的能量也随着一定梯度进行下降。
表 3-2 可以看出优化前的 C4F7N 气体分子与 N 原子的简单系统在结构优化后变为C4F7N2 分子，在优化前，N 原子处于核心 1 号 C 原子与相邻 7 号与 11 号 C 原子与 10 号F 原子所构造的空间中，N 原子在最初阶段与 10 号 F 原子和 1 号 C 原子连接，形成不稳定的单键结构，但在后期的结构优化过程中，两个单键进行了断裂 N 原子游离至 11 号 C原子周围并与 11 号 C 原子形成稳定双键结构，最终得到优化产物 C4F7N2。从微观信息来说，可以看出优化前后的结构各个原子的空间位置都发生了相对变化，即可以解释为粒子的优化为从微观角度改变分子的结构以达到分子处于一种稳定且能量最低态。
5 C4F7N/N2 混合气体过热分解实验研究
5.1 C4F7N/N2 混合气体局部过热分解实验平台
在气体绝缘设备中，绝缘气体发生过热分解的状况较为常见，不仅局限于局部过热故障（partial overheat fault, POF）[69]的单一故障，对于局部放电故障等放电故障中，虽然要考虑绝缘混合气体的介电特性，但同时也存在高温情况，因此在 GIS 等气体绝缘设备中发生的故障大多无法避免气体过热分解的结果。于是本文搭建了相关的局部过热分解实验平台，对 C4F7N/N2 混合绝缘气体进行了热分解研究。
5.1.1 混合气体局部过热分解实验区
对于混合气体局部过热分解试验区，本文所搭建的实验平台如图 5-1，安装在气室上的气压计用于监视气压。加热元件（带不锈钢外壳的热电偶）设置在腔室的中央，以模拟设备内部的局部过热故障。加热元件上方气体升温速度最高，并且高温区域仅出现在加热元件附近，故该实验可以有效地模拟气体绝缘设备早期热故障的局部高温情况。对于温度控制来说，本文采用比例（P）、积分（I）和微分（D）控制策略，主要包含温度传感器（集成在加热元件中）、电磁固态继电器、温度监控器及 PID 控制器与开关仪器。PID 控制器从温度传感器接收信号，并将其值与目标值进行比较，然后将控制信号发送到电磁固态继电器。再由电磁固态继电器控制开关电源，实现对工作温度和目标温度准确的调节。整个加热实验气室外壳为水冷壳体，可最大范围确保实验过程中的安全性，且罐体具有抽气口外接真空泵，实验前准备阶段用以为罐体抽真空，实验后处理阶段用以抽出剩余实验气体并进行无毒分解处理，气室上部分具有特制的玻璃观测口可以随时观测实验过程中内部视觉上的变化情况，当设备内部发生故障时也可以及时察觉并关闭设备。
5.2 实验方法与步骤
实验室环境温度为 18℃~23℃，我们分别选择了 C4F7N/N2 混合气体混合比为10%/90%、20%/80%与 30%/70%在 300℃、400℃与 500℃下进行相关热分解测试，表 5-1给出了相关测试条件。
（1）首先用酒精清洗气室，以去除内壁上的杂质，然后正确组装气室，如图 5-3 试验平台装置连接图正确连接试验各模块，并开启真空泵对气室进行抽真空操作使气室内部气压低于 5Pa，接着注入 N2至 0.2MPa 再次抽真空，进行五遍洗气操作以去除腔室中的杂质气体。
（2）开启设备的水冷系统，使得整个设备在实验过程中一直保持常温与安全。
（3）注入合适比例的混合气体，北京宇极科技发展有限公司为本实验提供了实验气体，其中 C4F7N 纯度大于等于 99.2%，N2纯度大约等于 99.999%。
（4）注入气体完毕后，将混合气体静置半小时至一小时，使气体得到充分混合。
（5）利用 PID 温控仪对气罐中气体进行加热，每组测试持续 6 小时，其中每两小时对实验气体进行采样，每次采样 30ml~50ml。
6 结论与展望
C4F7N 气体作为新型环保型绝缘气体，近五年来是研究学者认为最为热门的 SF6替代气体之一，SF6由于其本身的理化特性与温室效应特性，在《京都议定书》中已然决定，要在 2021 年全面限制其使用情况。C4F7N 气体拥有极好的绝缘特性，约为 SF6气体的两倍，但其温室效应状况良好，但由于其本身物理特性的不足，导致其液化温度相对较高，故对于其单质气体的使用对周围环境温度条件等有较高的限制，故一般将该气体与相应的缓冲气体结合使用，本文采用了 N2作为缓冲气体与 C4F7N 结合形成的混合气体来进行研究，本文基于量子化学研究方法对混合气体体系的微观信息进行了研究，并通过实验进行了相关验证，以下为本文通过研究所取得的相关进展：
（1）本文首先对化学体系中所涉及分子进行了详细 3D 建模，并基于量子化学研究方法的 Schrodinger 方程结合密度泛函理论对整个 C4F7N/N2 混合气体体系进行了计算，获得了整个体系的化学反应路径，一共包括 35 条反应路径，其中有 25 条分解路径以及 10条分子与 N 原子的结合路径；
（2）基于密度泛函理论结合 B3LYP 泛函与 6-311G（d,p）基组，本文计算了整个反应路径中所包含的所有分子的微观信息如反应物及过渡态结构的振动频率、优化结构等以及化学反应过程的能量信息，并对过渡态结构进行了不同方法的验证，确定了其结构的正确性；
（3）基于传统过渡态理论与变分过渡态理论，对整个体系所有反应路径进行了300K-3500K（26.85℃-3226.85℃）温度范围内反应速率的计算，并在理论上进行了总结，获得其特征分解产物。并对每条反应路径的平衡常数进行了计算，从理论上确定了整个化学反应体系随温度的反应进程以及发展状态，并可以对最终温度下气体含量成分的浓度进行预测。
（4）进行了 C4F7N/N2 混合气体局部过热分解的实验，通过不同的实验条件对混合气体的分解组分及分解程度进行了探究，结果表明了 C3F6 作为该混合气体过热故障分解的特征气体用于实际工程并进行监测的可能性，文中对其发展规律以及发展方式也进行了详细的分析。
参考文献（略）
