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Ag表面对SF6初级分解产物氧化反应的影响作用研究

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admin 发表于 2024-12-14 14:19 | 查看全部 阅读模式

文档名:Ag表面对SF6初级分解产物氧化反应的影响作用研究
摘要:运行经验显示SF6在气体绝缘开关设备(GIS)中的热稳定性低于预期,GIS内部的金属表面可能对SF6初级分解与次级反应具有显著的影响作用,但作用机理尚不明晰.该文基于密度泛函理论获得了O2在Ag表面的解离-吸附构型,并建立了低氟硫化物与Ag表面O原子的反应模型,初步揭示了GIS过热故障状态下SF6初级分解产物在Ag表面的氧化反应机理;基于过渡态理论和反应动力学理论,计算获取了界面反应的能垒和反应速率常数,并与气相反应对比,分别确定了三种低氟硫化物的氧化反应路径及其主要场所,并分析了Ag表面对反应的促进/抑制作用机制.结果显示,Ag表面可显著促进SOF4与SOF3的产生,但不利于SF2的表面氧化反应.

Abstract:OperationalexperienceshowsthatthethermalstabilityofSF6inthegas-insulatedequipmentislowerthanexpected,andthemetalsurfaceinsidetheequipmentmayhaveasignificanteffectonSF6primarydecompositionandsecondaryreactions,butthemechanismisnotyetclear.First,itisnecessarytostudyhowtheO2moleculedissociatesandprovidesthereactionsystemwithOatoms,whichrequireshighenergy;second,itneedstorevealthereasonsforthesignificantlylowerstabilityofSF6thanexpectedintheactualfaultstate;third,itisnecessarytoinvestigateindepththemechanismofthemetalsurfaceinsidetheGISonthegenerationprocessofimportantcharacteristicproducts.AmongthemetalmaterialsusedinGIS,silverisusuallyplatedontheinternalcontacts,electricalconnectionsandotherlocationstolowerthecontactresistivitywherethelocalover-thermalfaultsoccasionallyoccur.Inthiscase,theAgsurfaceisindirectcontactwithSF6gasandotherimpuritygases,whilethemechanismoftheinterfacialinteractionisnotknownandneedstobestudied.First,theadsorptionconfigurationofO2ontheAgsurfaceisobtainedbasedondensityfunctionaltheory,andthereactionmodeloflow-fluorinesulfideswiththeOatomonAgsurfaceisestablished,whichinitiallyrevealsthemechanismofoxidationreactionofSF6primarydecompositionproductsontheAgsurfaceunderGISover-thermalfaultstate;Second,basedontransitionstatetheoryandreactionkinetictheory,theenergybarrierandreactionrateconstantofinterfacialreactionarecalculatedandcomparedwiththecorrespondinggas-phasereaction,respectively.Last,themainreactionsitesoftheoxidationreactionpathsofthethreelow-fluorinesulfidesareidentifiedseparately,andthepromotion/inhibitorymechanismofthereactionbytheAginterfaceisanalyzed.(1)ThepresenceoftheAginterfaceenablestheSOF4generationreaction,whichisotherwisedifficulttooccurinthegas-phasespaceatbothroomtemperatureandsuperheatedstate,toproceedatroomtemperature,anditsreactionrateisfurtherenhancedwithincreasingtemperature,whichcanbecompletedinstantaneouslywithalowhalf-lifeof5.05×10-9hat400℃.Comparedwiththegas-phasereaction,theenergybarrierofthisreactionisreducedby71.45%underthecatalysisoftheAgsurface.(2)TheAgsurfacealsosignificantlyreducestheactivationenergyrequiredtogenerateSOF3,allowingittobegeneratedrapidlyatroomtemperature;thegas-phaseformationreactionofSOF3issensitivetotemperature,whichmakesithaveafasterreactionrateunderover-thermalconditions.BoththeAgsurfaceandthegas-phasespaceareimportantreactionsitesfortheformationofSOF3.(3)UnlikeSOF4andSOF3,theAgsurfacedoesnothaveapromotioneffectonthegenerationofSOF2.Itraisestheenergybarrierofthereactionandsignificantlyreducestherateconstantofthereaction.Accordingly,itisjudgedthatSOF2ismainlygeneratedthroughthedirectreactionbetweenSF2andO2inthegasphasespace.ThemainreasonmaybethesmallmolecularmassofSF2andthestrongadsorptioneffectofAgsurfaceonit,whichleadstothedifficultyfortheproducttoleavefromthesurfaceafterSF2interactingwithsurfaceOatoms.Thus,thegenerationofSOF2gasmoleculesisinhibited.Theresultsofthispaperrevealthemechanismofgas-solidreactionsinvolvinglow-fluorinesulfides,oxygen-silversurfaces.ThecatalyticeffectofAgonseveralofthesereactionsisfound,thusexplainingpreviousdoubtsaboutthecauseofSF6stabilityfailure.Theresearchmethodologyestablishedinthispaperisexpectedtobeaninspirationingas-solidreactionstudies.

作者:李昊天   曾福平   颜伊鸣   朱可馨   姚强   唐炬 Author:LiHaotian   ZengFuping   YanYiming   ZhuKexin   YaoQiang   TangJu
作者单位:武汉大学电气与自动化学院武汉430072国网重庆市电力公司电力科学研究院重庆401123
刊名:电工技术学报
Journal:TransactionsofChinaElectrotechnicalSociety
年,卷(期):2024, 39(9)
分类号:TM855
关键词:气体绝缘开关设备  六氟化硫  过热分解  银表面  氧化反应  
Keywords:Gasinsulatedswitchgear  SF6  thermaldecomposition  silversurface  oxidation  
机标分类号:O641TM595TM85
在线出版日期:2024年5月13日
基金项目:国家自然科学基金,湖北省杰出青年基金资助项目Ag表面对SF6初级分解产物氧化反应的影响作用研究[
期刊论文]  电工技术学报--2024, 39(9)李昊天  曾福平  颜伊鸣  朱可馨  姚强  唐炬运行经验显示SF6在气体绝缘开关设备(GIS)中的热稳定性低于预期,GIS内部的金属表面可能对SF6初级分解与次级反应具有显著的影响作用,但作用机理尚不明晰.该文基于密度泛函理论获得了O2在Ag表面的解离-吸附构型,并...参考文献和引证文献
参考文献
引证文献
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