多喷嘴汽-液两相喷射器的工作特性研究

对以湿蒸汽为工作流体的多喷嘴汽–液喷射器机制进行研究,利用质量、能量及动量守恒方程建立了喷射器工作特性一维理论模型。模型求解过程中,采用两相临界流均相平衡模型计算单喷射蒸汽喷嘴的临界流速,并利用多喷射速度系数对其修正,得到多喷射蒸汽喷嘴的出口速度;综合考虑Cattadori的壁面力和Howard的喉部压损理论对流动的影响来确定混合室阻力。为验证模型的正确性,设计以湿蒸汽为工作蒸汽的实验台,并采用多喷嘴喷射器作为实验元件。研究结果表明:容积喷射系数随压力比的增大而减小,且增大喷射器的截面比可使容积喷射系数增加,但缩小了喷射器的工作范围;容积喷射系数随蒸汽干度的增大和过冷水温度的升高而减小。理论计算结果与实验值基本相符。     

气体灭弧断路器的热力学分析及其过程的数值模拟

本文提供一个气体灭弧断路器的热力学分析及过程数值模拟计算方法。在电流、电压、机械动作对时间关系及结构参数己知的条件下,用于计算吹冷电弧的外气流热力学参数包括温度、压力及流量对时间的关系。这种计算结果对于压力室、排气室容积和流通面积的最佳选择有参考意义。     

自能式SF6断路器开断过程中阀连续运动特性的仿真分析

自能式SF_6断路器单向阀、回气阀和泄压阀的运动与气流场之间存在着复杂的相互作用。基于3个阀的实际运动规律,利用牛顿第二定律,建立阀连续运动的数学模型,同时基于二维轴对称电弧磁流体动力学(MHD)模型并结合真实气体物性参数,对自能式SF_6断路器在大电流燃弧阶段的气流场及阀的连续运动进行仿真分析。研究表明:电弧燃烧产生的热气回流是热膨胀室内产生高压和单向阀关闭的主要原因;不同监测点上气体压力变化与燃弧电流、静弧触头位置和阀所处状态密切相关;单向阀的动作受燃弧电流和热膨胀室压力大小影响,动作结束时刻其两侧受力会出现波动;回气阀在燃弧阶段始终处于闭合状态;泄压阀的开启动作与单向阀状态、压气室压力和弹簧力值有很大关系,泄压阀的开启会影响阀周围气流场的分布,致使阀两侧受力与运动出现波动。     

大功率直流接触器在不同介质中开断电弧特性的实验研究

电动汽车的快速发展和航空系统供电容量的进一步提升对大功率直流接触器提出更高的要求。为了研究大功率直流接触器中密封气体的种类及压强对于接触器开断电弧特性的影响,设计了带单向气阀的桥式直流接触器样机,搭建了直流开断实验平台,测试了不同气体介质和压强下的电弧电压、电流、燃弧时间、燃弧能量等,对比分析了灭弧介质和压强对直流接触器开断特性的影响。结果表明:直流接触器燃弧过程3个阶段中,电弧在触头之间拉长阶段占据了总燃弧时间的60%以上;压强为0.3 MPa时,氢气、氮气、氦气3种气体分断200 V/1 200 A的燃弧时间分别为1.20 ms、1.42 ms和1.54 ms,氢气电弧电压的峰值远高于其他两种气体,且燃弧能量低,表现出优良的灭弧性能;压强从0.1MPa升至0.3MPa,3种气体的灭弧性能均得到显著提高,表现为燃弧时间缩短17%,燃弧能量降低约15%,电弧运动速度加快。     

短路电流直流分量对断路器电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流的影响研究

随着电网容量的不断增大,电力系统短路电流直流分量的时间常数有很大可能大于其标准时间常数45 ms。目前非对称短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律尚无研究。因此,文中研究目标是获得短路电流直流分量对断路器燃弧阶段关键参数的影响规律。基于高压断路器内部结构建立电弧物理焓流仿真模型,分别研究气体断路器开断对称电流和非对称电流时,燃弧阶段的关键电弧参数如电弧长度、压气室压力、喷口处气体质量流等参数的变化规律。研究结果显示:相同燃弧时间条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时,电弧长度变化不大,而燃弧过程中压气室压力、气体质量流略有增加。而在相同分闸时刻条件下,相比于对称短路电流,非对称短路电流开断时的燃弧时间有可能更长,导致电弧长度、压气室压力、喷口气体质量流数倍增长。然而,无论是在相同燃弧时间条件下,还是在相同分闸时刻条件下,上述关键电弧参数的变化使气体断路器的KEMA黑盒电弧模型计算得到的断路器开断能力的变化明显小于短路电流直流分量的增长所要求断路器需达到的开断能力量级。研究结果解释了断路器开断高直流分量的短路电流时,开断易于失败的原因,并可为提升高压断路器非对称短路电流开断能力提供理论依据。     

电极类型对封闭容器内部短路燃弧特性及压力升的影响

开关柜内部短路燃弧故障时有发生,其短时间释放巨大能量引起隔室内部压力迅速上升,严重威胁设备、建筑物以及工作人员的安全。由于实际开关柜内部电弧试验周期长、耗费大,模拟封闭容器内部短路燃弧试验成为研究该问题的主要手段。利用L-C振荡回路开展了封闭容器内部棒–棒、板–板间隙短路燃弧试验,分析了不同电极类型对封闭容器内部短路燃弧特性和压力升(相对压强)的影响,结果表明:封闭容器中弧压受压强、气流和电极类型等因素影响,数值与开放环境差异较大。棒–棒和板–板间隙燃弧对应的电弧电位梯度范围分别为18.8～23.8 V/cm和15.9～19.6 V/cm,其中板–板间隙的弧压数据波动较为剧烈,分散性更大,且数值小于棒–棒间隙。相同间隙距离和电弧能量下,板–板间隙短路燃弧引起的压力升大于棒–棒间隙。     

喷口电弧与喷口材料蒸气相互作用的数学模型

基于守恒方程组，建立了喷口电弧与PTFE蒸气相互作用的数学模型，并用该模型对SF6自能膨胀式断路器的开断过程进行数值模拟。结果表明：开断电流的大小对膨胀室内的压力有明显的影响，熄弧压力的建立是依靠PTFE蒸气和SR气体吸收了电弧的能量来完成的。进入膨胀室内的热气流与冷气体之间的相互作用使冷气体向膨胀室的气流出口处运动，有利于弧后触头问的介质恢复过程。PTFE蒸气能加快膨胀室内冷热气流的混合，导致热气体的温度下降、温度升高的区域增大；使弧后喷口内气流场的温度下降速度减小，但由于气体密度上升较快，介质强度增高。     

C4F7O-CO2混合气体自由燃弧电弧特性实验研究

C_4F_7N-CO_2混合气体有可能替代SF_6作为绝缘和灭弧介质,研究其燃弧特性具有重要意义。文中通过棒-棒电极下的自由燃弧实验,研究了CO_2、体积分数40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体的电弧特性。实验中测量了电弧电压、电流、零区特性以及光谱分布等众多参量,基于Mayr电弧模型分析了电弧能量累积和耗散过程,结合Abel逆变换和玻耳兹曼斜率法得到电弧径向温度分布。实验发现:CO_2气体电弧稳定性极差,燃弧期间电弧电压高于SF_6电弧且多次剧烈波动,加入C_4F_7N后,电弧稳定性得到改善,电弧电压降低;加入C_4F_7N后,自由燃弧期间其电弧能量累积量减小,电流过零前的能量耗散系数降低;电流峰值时刻CO_2、40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体电弧弧芯温度分别为20 000、18 900、14 900 K,电弧直径分别为13、17、23 mm,C_4F_7N对降低CO_2电弧弧芯温度有明显作用。     

H_2和空气下的直流开断电弧的燃弧特性分析

为解决航空电器要求体积小、重量轻、开断容量大的问题,选用H2和空气开关电器样机进行试验研究,建立直流开断试验电路,分析不同气体下直流电弧的电弧电压、电流波形、燃弧时间特性,电弧能量特性及电弧相转变过程。试验结果表明,H2比空气开关电器燃弧时间短、灭弧能力强,具有应用于航空供电系统的优势。     

高压SF_6断路器非平衡态等离子体电弧的熄弧特性

SF6高压断路器开断过程是结合电弧特性、压气特性、气流特性、电磁特性、温度特性、介质恢复特性等的多物理动态过程。为避免其熄弧重燃,考虑电弧能量对等离子体内电子温度和重粒子温度的动态作用的情况下,建立了SF6气体电弧等离子体非平衡态双温度电弧数学模型。计算得出了等离子体中各粒子密度随电子和重粒子温度变化曲线,带电粒子密度随温度和压强的变化趋势,以及非平衡态等离子体电导率在不同压强下随温度变化的曲线。通过126 kV断路器负载开断过程压气特性和气流特性计算,得到了熄弧过程中灭弧室内的压强、温度和密度分布。考虑空间电荷对灭弧室内电场分布的影响,计算了气流运动过程中的电场分布,计算了熄弧过程中介质恢复特性分布,分析了电弧等离子体熄灭动态过程中微观参数的变化情况。计算表明:1 600 A燃弧2 ms小电流电弧开断弧后0.2 ms内介质恢复平均速度为175 kV/ms,明显快于电压恢复速度37.7 kV/ms;开断速度对不同燃弧时间下的介质恢复特性有直接的影响,燃弧时间越短越容易发生重燃弧现象;燃弧时间2 ms时,开断速度为11 m/s的击穿裕度值较大,可以保证弧后不会发生重燃弧现象。     

SF6断路器空载开断的气压特性测试与研究

对252kV SF6断路器进行灭弧室气压特性测试研究.根据断路器开断过程中气体流动过程选取多处测量点进行测量.对断路器操动机构在不同油压和不同基压状态下进行测量,得到大量断路器开断过程的压力变化数据.文中对测量方法及测量系统进行了阐述,并根据得到的数据分析了动态压力变化与开断时间的关系.     

对降低LW6-220H型六氟化硫断路器报警及分合闸压力的探讨

在冬季SF6断路器由于环境温度的变化,断路器中SF6气体的压力也随着变化.由于一天内频繁出现了SF6气体压力低于或高于报警压力的现象,压力超过0.65MPa时泄压,而压力低于0.53MPa时开始补充气体.这种频繁的泄压、补气不仅浪费SF6气体,而且还使SF6气体的纯度下降,从而影响了SF6气体的绝缘性能.对断路器和人员...     

LW36-126型热膨胀式断路器设计和结构的探讨

本文主要是对热膨胀式SF6断路器的灭弧机理和结构方式进行了讨论 ,即对热膨胀室的压力、温度变化进行了计算 ,并对研制的新型LW36 - 12 6型自能式SF6断路器的具体结构做了分析 ,论述了自能式SF6断路器的可靠性。     

SF_6断路器动触头排气孔位置及电弧的热效应对灭弧室压力特性影响的研究

建立了计算SF_6断路器灭弧室压力特性的数学模型。利用它对国产OFPI—220型SF_6断路器进行的计算结果表明,改变动触头排气孔位置及电弧对动触头内腔中气体的热效应可明显提高开断电流时灭弧室压力上升速度。     

高压SF6断路器电弧与气流相互作用研究

以二维N—S方程和湍流模型为基础，在考虑了灭弧室内吹弧气流温度、压力等物理因素影响后，建立了高压SF6断路器电场／气流场数值求解模型，反映了气吹对电弧形态的影响及电弧电流的自适应调整。并以500kV单断口SF6断路器短路开断为例，进行了电场及跨音速、可压、复杂流路、变边界条件的气流场求解研究，并对燃弧区域电弧堵塞、动态电弧与吹弧气流的相互作用、气流压力、速度变化以及电弧堵塞前后喷口区域质量流与气流压力定量变化进行了数值仿真分析，为进一步定量研究电弧能量有效利用及更有成效进行高压断路器开断过程仿真研究奠定基础。     

SF6断路器在线绝缘监测方法研究

在详细分析SF6气体中水分危害和气体水分测试方法的基础上,介绍了一种新型的SF6断路器微水检测仪。检测仪所使用的SF6气体露点温度检测与温度补偿方法不仅可以克服压力因素影响,而且还能够直观地表示气体的绝缘状况。经实验和测试证明该检测仪测量精确,能够满足SF6断路器微水在线监测的需求。     

基于SF6气体状态分析的SF6断路器在线监测和故障诊断

简要介绍SF6断路器各状态量监测原理,通过测量SF6断路器中气体温度值、压力值、湿度值和气体分解物等参数,应用所设计的DSP和红外光谱技术的硬件系统、软件流程实现对SF6断路器的综合在线监测和故障诊断.对电网运行中的SF6断路器综合在线监测和故障诊断具有一定的参考价值.     

SF6断路器空载开断下液压操动机构与灭弧室联合仿真研究

该文以252kVSF6高压断路器作为研究对象,在全面考虑了影响液压操动机构运动特性的各种因素后,从能量守恒规律出发建立了液压操动机构的动力学数学模型,仿真并研究了液压操动机构的输出压力与速度特性,并以此作为计算灭弧室非定常、可压缩吹弧气体流动的边界条件,对开断过程中灭弧室内的气体流动规律进行了计算机仿真.分析了吹弧气体的运动规律,研究了改变液压操动系统的输出流量对灭弧气体流动特性及对断路器开断特性的影响,从而从机构动力学的角度出发,给出一种能够调节断路器开断特性的方法.     

多通信模式SF6断路器气体监测模块研制

研制了一种基于多种通讯方式的SF6断路器气体监测模块.硬件线路以单片机AT89C55WD为核心,分别采用单总线数字温度传感器DS18B20和压力传感器SPS19测量SF6的温度和压力.本文从系统组成框图、硬件设计以及程序流程等几个方面介绍了该监测模块的设计过程,并且详细的介绍了硬件部分的电路.     

SF6高压断路器压力特性与机械特性耦合数值模拟

SF6高压断路器对某一具体故障的成功开断是其灭弧室结构、开断电流和操动机构三者共同作用的结果，这使得断路器压力特性与机械特性的耦合数值模拟在断路器结构设计和优化中占有非常重要的地位。基于气体质量守恒、能量守恒定律和牛顿第二定律，采用模块化拓扑关联分析方法，建立了SF6高压断路器压力特性与机械特性耦合数值分析计算方法。应用该方法对126kV/40kA SF6高压断路器空载、T100s开断压气缸内气体压力特性和操动机构的机械特性进行耦合数值计算，对比了开断电弧对压气缸内气体压力特性、质量和焓的流动特性及操动机构行程曲线的影响。