磁助式自能气吹断路器气流特性的研究

本文对于S(F_6)磁助式自能气吹断路器从气压特性入手,分析计算了熄弧过程中,燃弧区内、气缸内的气压特性以及由此而产生的气流特性。分析计算了气缸容积,燃弧区与气缸间气流通道截面积对气压特性及气流特性的影响,得出了有利于电弧熄灭的最佳容积尺寸通道截面积尺寸。采用此计算结果设计制造的10kV 31.5kA S(F_6)磁助式自能气吹断路器样机已完成100％满容量开断。     

SF6断路器电弧电流过零后介质强度恢复特性数值计算

从实际ＳＦ６断路器灭弧室的基本结构出发，采用ＦＬＩＣ法计算了断路器在短路开断过程中灭弧室内热气流的流动特性。在计算中成功地加入了电弧模型，较好地模拟了电弧对气流的作用，对不同燃弧时间对气流特性的影响了计算分析，并应用流注理论获得了不同燃弧时间下的介质强度恢复特性。     

稳态燃弧SF6断路器灭弧室内热流场有限元分析

本文提出了计算稳态燃弧时ＳＦ６灭弧室内的热气流流场的新的有限元算法，并用此方法计算了灭弧室内电弧与气流的耦合流场，通过主要参数变化情况的分析，说明了电弧阻塞效应对电弧与气流相互作用产生的影响。     

压气式SF6断路器气流场的分析与近区故障开断性能的计算

本文通过对灭弧室气流场模拟,分析了断路器开断过程中气流变化的规律,剖析了电弧电流过零瞬间上游的气压与开断性能的关系,并结合实际模型对燃弧时间及燃弧时差进行了计算。     

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。     

基于半经验模型的高压限流熔断器电弧特性的计算与分析

高压限流熔断器的电弧特性决定了其分断过电压和分断能力。为研究这一电弧特性,在分析燃弧过程物理原理的基础上,建立了半经验式的限流熔断器电弧模型。模型考虑了熔体烧蚀、电弧通道截面积扩展、电弧电场强度、电弧极区电压降及电弧融合等必要的物理过程,对每个过程的计算主要采用经验公式。通过多次短路分断试验对模型进行检验,结果表明计算和试验具有较好的一致性。以XRNT1-12/200-50型高压限流熔断器为例,应用该模型对不同结构参数下的电弧特性进行了计算分析,讨论了过电压和燃弧能量随参数变化的规律,给出了使过电压和燃弧能量都能满足要求的设计方法。     

压气式气吹灭弧室的气动计算

本文主要计算了气吹断路器中喷口内一维非定常气流流动参数分布。在上游压气室气压变化条件下计算了喷口内气流流动速度和压力分布特性。从理论上分析计算了空载及开断电流为４０ｋＡ条件下电弧热效应对分闸速度及喷口内焓流特性的影响。     

SF6自吹断路器燃弧过程压力温度的模拟计算及分析

本文以喷嘴喉部截面为界,视储压室和排气室为压力和温度各自均一的两个空间,将储压室容积、喷嘴半径、排气室与储压室的容积比等主要结构参数及与燃弧过程相关的分闸速度、初充气压、开断电流、弧柱电位梯度、气体对电弧能量的吸收系数等用可代参量表示.联解储压室和排气室变质量气体状态方程及燃弧过程动态能量平衡方程,模拟计算了不同起弧相角下压力、温度和吹弧压力比的变化过程。分析计算所得数据将有助于断路器灭弧室的设计。     

基于灭弧室气压特性对半自能式SF6断路器分闸速度的优化

断路器开断过程中的气缸气压会影响对电弧的吹弧效应和过零后介质特性的恢复,因此是影响断路器开断性能的重要参数。为此,以半自能式550kV SF6断路器为研究对象,研究了分闸速度对气缸气压的影响。以热力学第一定律和流体力学为基本原理,建立了计算灭弧室气压特性的数学模型。根据模型计算了最大分闸速度分别为8.0m/s、9.0m/s和9.7m/s时开断定开距短路电流时的灭弧室气压特性,并根据计算结果进一步研究了不同分闸速度下灭弧室的吹弧效应和过零后介质恢复特性,据此分析了断路器的开断性能,提出该550kV半自能式SF6高压断路器最大分闸速度的最优值为9.0m/s。通过仿真断路器开断过程验证了这一结论,为设定半自能式断路器的分闸速度提供了理论基础。     

双断口40.5kV真空容性开断最佳燃弧时间确定试验研究

为了分析双断口真空容性开断在断口非同期动作条件下的最佳燃弧时间,文中分析了双断口真空容性开断断口电压分布特性,研究了开断过程断口过电压计算表达式。采用电路原理分析方法,从理论上计算了不同燃弧时间下的断口过电压值。并对实际样机真空开断重燃特性进行了试验验证。基于理论计算结果及试验结果,给出了40.5 kV双断口真空永磁机构容性负载投切真空断路器燃弧时间参考值。     

耦合磁场直流空气断路器栅片特性对灭弧性能的影响研究

栅片材料与结构对断路器的灭弧性能有着重要的影响。该文建立了永磁体作用下灭弧室内磁场的计算模型与电弧磁流体动力学（MHD）模型,实现了两者的耦合。在此基础上,对永磁体作用下栅片材料与栅片结构对电弧动态特性的影响进行了仿真,同时考虑电源极性的影响,得出了永磁体作用下灭弧室内磁场的空间分布、电磁耦合作用下灭弧室内温度分布与气流分布,提取了灭弧室内平均温度与电弧燃弧时间等关键参数,讨论了栅片材料与栅片结构对电弧特性的影响。结果表明,外施磁场作用下铁栅片会造成灭弧室内磁短路现象。相同仿真条件下,含铁栅片的灭弧室燃弧时间最长;动触头作为阳极更有利于弧根跃迁,燃弧时间缩短;当分断电流相同时,铜-绝缘栅片对电弧的冷却效果最佳;栅片倾角可以改变气流场分布,从而影响燃弧时间。     

550kV SF6断路器气流与电弧相互作用混沌研究

由于断路器在短路开断过程中不可避免地伴随有电弧产生,电弧能量的有效逸散直接影响灭弧断口内的介质恢复。为描述短路开断过程中灭弧室内跨音速、变边界、变流路湍动吹弧气流的流动特性以及开断进程中电弧发生及发展的行为演变,提出并引入等效单元体动态电弧物理数学模型,采用有限体积法作为多物理场求解策略,实现燃弧过程中吹弧气流的非线性运动行为数值模拟。采用混沌理论,分析开断进程中各气流参数的动态变化,得到燃弧过程中所存在的电弧混沌特征的描述。     

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。     

SF_6断路器开断近区故障时燃弧时差的确定

通过对SF_6断路器开断特性的模拟计算和近区故障开断的分析,提出了确定其开断近区故障时的燃弧时差的方法,并以LW6—110型SF_6断路器为例,计算出了它开断近区故障时的燃弧时差,结果与试验相符很好。     

压气缸压气不足SF6断路器开断电流后气体分解产物特性研究

本文通过建模仿真模拟了压气不足缺陷下压气缸内气压的变化,并与压气缸正常情况下进行了对比,确定了压气不足缺陷的设置方法;以40.5 kV SF6断路器为试品,设置了断路器压气缸压气不足缺陷,在电流开断后对气体分解产物特性进行实验研究,将实验结果与正常情况下进行对比.研究结果表明:在压气不足进行开断时,气缸内外气压差下降为原有的42％;在压气缸压气不足下,检测到分解产物有CO、CO2、CS2、SO2、SOF2,分解产物含量随着燃弧能量的增加而增加,分解产物CO2、CS2、SO2、SOF2在1.5 h左右达到最大值,在6 h时基本达到稳定值,CO含量在达到最大值后变化基本不大,压气不足时检测到的CO、SO2含量比压气缸正常时的含量低,以上可为SF6电气设备的状态评估和故障诊断提供指导.     

SF_6高压断路器开断特性计算机辅助分析

本文着重介绍用于计算分析灭弧室内电场分布、喷口内气流特性、压气缸内气压特性及分闸速度特性,以及电流过零后弧隙介质恢复特性等目前高压S(F_6)断路器新技术开发基础的三套计算机软件的理论基础。在本文的实际应用中,利用这三套计算机分析软件成功地完成了220kV瓷柱式S(F_6)断路器引进技术采用国产电容器时绝缘耐压不够的问题,以及OFPI 220kV瓷柱式S(F_6)断路器引进技术的改进,实现了取消并联电容后50kA短路电流开断条件下的成功开断。     

自能式SF_6断路器在不同气压下的开断过程

对自能式SF_6断路器在不同气压下的开断过程进行了分析,得到了不同气压下操动机构的运动特性、膨胀室的状态参数、灭弧室内的气流场和电弧的动态特性.部分计算结果与试验值进行了比较,二者基本吻合.     

雷电过电压引起灭弧室爆炸过程暂态分析

为了定量描述雷电过电压引起断路器灭弧室爆炸的全过程,以提出相应的预防措施,利用EMTP电磁暂态程序,以国内某220 kV电力系统为例,对雷击杆塔后断路器断口处的雷电过电压进行了计算。同时,依据热力学原理和气体状态方程,对断口燃弧产生的能量及由此引起的灭弧室压力升高进行了计算。最后,研究了燃弧时间和雷电流幅值对电弧能量及灭弧室压力的影响,提出了预防灭弧室爆炸的措施及绝缘配合相关意见。研究表明,灭弧室爆炸是由于电弧能量使其内部气压过大造成的,减小燃弧时间可降低电弧能量。雷电流的大小不是灭弧室爆炸的决定因素,而是其断口击穿的触发条件。在变电站进出线处安装避雷器可有效降低雷电冲击电压的幅值。     

SF6断路器灭弧室气流特性数值模拟

本文采用Ｃａｌｅｒｋｉｎ有限元法，对ＣＧＩＳ－１１０ｋＶＳＦ６断路器内的轴对称气流场进行了数值模拟。给出了在不同开距和不同上下游压比条件下灭弧室气流场的数值解。计算结果反映了流场结构和边界条件对滚动特性的影响。本文所采用的计算工具构成了气体断路器气流特性计算机辅助分析的基础。     

特高压电容器组专用断路器开断特性及试验研究

特高压电容器组专用断路器不但要满足短路大电流的开断要求,而且要保证额定小电流开断后不发生重击穿。文中比较分析不同灭弧室结构的绝缘性能和冷态介质恢复特性,确定最佳的灭弧室结构。计算额定1.6 k A小电流短燃弧和短路40 k A大电流开断特性,搭建试验回路,测量不同开距下的击穿电压值。结果表明:灭弧室内引弧环结构增大弧触头间的电场值,降低冷态开断介质恢复速度和击穿裕度;屏蔽罩结构对大喷口打开后的弧触头间电场分布具有屏蔽作用;小电流电弧燃弧时间越短,击穿裕度值越小,尽量避免燃弧时间小于0.5 ms,保证弧后具有较大的击穿裕度。预测开断短路电流的最短燃弧时间为15 ms,断路器对开断短路长燃弧的稳定性较高,介质恢复速度较快。文中计算结果与试验结果基本吻合,由于试验击穿点存在分散性,在刚分时刻后0.5 ms内存在重击穿的可能,分闸过程应避免在此时间范围内熄弧,保证燃弧时间大于0.5 ms。