能量分离喷口高压SF_6断路器灭弧室电场分析

提出新型能量分离型喷口结构,在喷口上游引入X型导流片,以改变气流流路。为分析新型喷口对灭弧室内部电场分布的影响,采用有限元法,结合550 k V SF6断路器绝缘型式实验要求,对有无导流片结构的高压SF6断路器灭弧系统的绝缘特性进行数值计算与分析,得到在开断过程中导流片结构对断路器灭弧室内电场分布的影响。三维电场计算结果表明,有导流片结构的灭弧室内部最大电场强度值较无导流片结构有所降低,最大降低量为4.8%。     

高压SF_6断路器灭弧室内激波的混沌特性

研究灭弧室内气流场的特性对高压SF6断路器的优化设计具有重要的意义。为此通过数学变换,采用压力方程代替质量守恒方程,建立一维可压缩气流场物理数学模型,基于有限体积法求解容性小电流开断下高压SF6断路器灭弧室内气流场,得到马赫数分布以及激波产生处的密度、压力、速度与温度等主要气流参数的分布。利用分离变量法对灭弧室内气流运动方程的基本解进行求解研究,得到灭弧室内存在由混沌态过渡到周期运动的非线性动力学行为描述。结果表明:激波的不稳定性是造成混沌现象的根源之一,激波处混沌行为有利于SF6断路器的开断。     

轴流式涡流喷口气流运动及高压SF_6断路器介质恢复特性分析

为提高高压SF6断路器中介质恢复和开断能力,提出了涡流冷却气吹技术。在高压SF6断路器中构造新型轴流式涡流喷口结构,使气体在开断过程中动能径向交换,形成沿径向温度梯度,实现高压气流能量分离。以550 k V SF6断路器为例,采用有限体积法,建立3维气流场物理数学模型,研究了容性小电流开断下,喷口上游构造的"X"形导流片对灭弧室内气流参数的影响。并基于流注理论,对有、无导流片结构的断路器介质恢复特性进行数值计算与定量分析。结果表明:导流片结构改变流体运动形态,形成大旋转曲率强旋流动,有效实现能量分离,且能延长气流滞留时间,提高气流利用效率;新型轴流式喷口结构具有更高的介质强度恢复特性。     

高压SF_6断路器湍动冷气流混沌性行为

对喷口区域跨音速、可压缩气流在变边界流路的湍动气流运动行为的调控目的是提高气吹效率,实现SF_6断路器在开断进程中绝缘与灭弧介质的快速恢复。由于喷口气流运动并非单纯层流,呈现层流与湍流并存的特点,且湍动过程中存在连续变化的涡旋态,导致气流运动的不确定性。对冷气流湍动产生机制的发展变化研究,找寻湍流内在特性是研究高压SF_6断路器短路大电流开断对吹弧气流调控的基础。以550k V单断口高压SF_6断路器为研究对象,采用有限体积方法对湍动冷气流进行数值仿真模拟,运用混沌理论对开断过程中的湍流特征量进行定量分析,并采用C-C方法和Wolf算法求取最大Lyapunov指数(LEmax),分析在开断过程中湍动冷气流的混沌性行为。     

双断口结构对特高压SF6断路器气流场影响分析

基于动网格技术,根据边界的运动、变形和重新构建计算区域的网格,对双断口特高压SF6断路器开断过程的气流场进行仿真。采用有限体积方法,对灭弧室内有源、有粘、可压且伴有激波、湍流的复杂流路的气流场进行数值计算。通过550kV单断口灭孤室与1100kV SF6双断口灭弧室总体与喷口、静弧触头、动弧触头周围气流场特性进行定量描述与对比分析,找到不同流路下的气流场的变化,为串联多断口结构对特高压SF6断路器介质恢复特性影响分析与设计提供基础。     

喷口结构对超高压SF_6断路器压力特性的影响

为有效控制喷口区域气流运动,提高高压开关开断能力,以550kV单断口超高压SF6断路器为研究对象,提出不同喷口气流管道流动结构,采用有限体积法对灭弧室内冷气流流动进行数值模拟。通过对比分析断口区域不同压力观测点的压力分布,得到喷口上下游压力差的定量描述,以反映开断过程中喷口气流的流动行为。仿真结果表明,喷口长度和型面结...     

考虑湍流影响的高压SF6断路器喷口优化设计

高压SF6断路器喷口结构对断路器开断特性影响极大。在已取得的SF6断路器喷口中的湍流及其对介质恢复特性影响的前期研究成果基础上,充分考虑利用湍流对喷口内超音速气体流速的控制作用,来提高介质强度恢复速度的思想。以具有多级放-收的550kVSF6断路器为研究对象,以其喷口型面结构参数为优化变量,采用POWELL算法并加以改进作为优化策略,实现对喷口结构的优化设计。对优化后喷口结构在空载开断下的数值模拟结果表明,其介质恢复特性满足冷气流开断特性要求。     

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。     

基于多物理场耦合的高压SF6断路器混沌电弧模型

以高压SF6断路器电弧数学模型为基础,利用二维傅里叶级数的收敛性质,将模型中的涡量变量、温度变量作为混沌特征量,根据边界条件进行二维傅里叶级数展开,得到了描述高压SF6断路器电弧的混沌特性方程,得到反映混沌特征的Lyapunov指数图、时间历程图,以此表征高压SF6断路器电弧存在混沌特性。为进一步反映高压SF6断路器灭弧室内电场、磁场、气流场间的耦合作用,引入麦克斯韦电磁方程和电流密度方程,对SF6断路器电弧的不稳定性进行分析,得到SF6断路器电弧三阶常系数非线性微分方程。通过改变方程中的SF6断路器电弧参数值,系统呈现出混沌行为。     

喷口型面及尺寸对SF6高压断路器介质强度恢复特性的影响

SF6高压断路器的喷口对断路器开断过程中吹弧气体的流动特性起着控制作用,从而成为灭弧室的心脏。该文以252 kV SF6断路器为研究对象,研究了改变喷口喉部下游仰角、长度对灭弧室吹弧气体流动特性、介质强度恢复特性的影响;应用激波理论和拉伐尔喷口中流速与截面比的关系,研究了局部"放-收"型面及2段型面对吹弧气体的控制作用及对介质强度恢复速度的影响;比较了在不同的喷口尺寸及型面下介质强度的恢复速度,得出喷口下游的型面对开断过程中介质强度恢复速度影响显著的结论。这对SF6高压断路器喷口的优化设计及灭弧室小型化设计具有重要的实际意义。     

252kV SF_6断路器空载时压力特性试验研究

为了研究灭弧室中物性参数的动态特性,笔者对高压SF6断路器在空载状态下压气缸与喷口喉部的压力特性进行了测试,得到压气缸与喷口喉部气体压力的特性曲线。分析了压力变化与开断时间的关系,比较了不同基压下压气缸与喷口喉部气体压力特性的变化,说明了基压对断路器灭弧室内压力的影响。     

252kV及以上断路器短路试验中SF6气体分解产物特性研究

以SF6气体为灭弧介质的高压交流断路器广泛应用于我国220 kV及以上电力系统中,开断短路电流后,灭弧室内SF6会分解产生SO2、CF4、CS2、SOF2等气体,对断路器的开断性能产生影响.文中对多台高压交流断路器开展短路开断试验,对断路器内部气体进行检测,研究了不同电压等级断路器及不同短路试验方式与SF6气体分解产物...     

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。     

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。     

252 kV SF6断路器灭弧室压力特性试验研究

SF6断路器内部机理的理论研究已相当深入,但多年来由于断路器灭弧室内部参数测量费用较高和试验周期较长,以及需要考虑测量方法对试验结果精确性的影响等,相应的试验验证工作却很少,理论工作缺乏指导。针对这一状况,该文对252 kV SF6断路器的灭弧室内空载压力特性进行测量,并在灭弧室内压力缸、动静弧触头以及喷口上游、喉部和下游埋设7支微型硅压阻式压力传感器,通过改变断路器的基压和速度特性等结构参数,实现多点、多位置的多次测量,取得完整的灭弧室内动态压力特性变化的试验数据;分析了灭弧室动态压力变化与开断时间的关系。试验结果符合断路器的开断规律。     

自能式SF6断路器改变动触杆排气孔位置对气压特性的影响

自能式SF6断路器的灭弧室动触杆排气孔位置的改变对开断性能的影响很大，灭弧室动触杆排气孔位置并不是越靠近喷口越好，其压力特性是有一定的脉动和周期性。以热力学第一定律和流体动力学为基本原理，建立起灭弧室内气压特性的数学模型，对改变灭弧室动触杆排气孔位置的自能式SF6断路器的气压特性进行了计算。并分析了自能式SF6断路器的开断性能。     

SF6灭弧室内小容性电流开断的数值模拟

以建立一种可解决超音速、亚音速、跨音速、冲击波共存情况下的可压缩粘性非稳态流体控制方程的数值求解为目的,提出一种新方法.作为该方法的应用实例,对SF6断路器开断过程中灭弧室内粘性气体的流动特性进行了数值计算,给出了在触头开断过程中气流特性的分布情况,解决了SF6断路器灭弧室内具有大畸变的粘性流体的数值计算,并对两种结构灭弧室开断小电容性电流后的介质恢复强度进行了计算.     

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。     

高压SF6断路器电弧动态模型研究

提出了在二维N-S方程和湍流模型求解基础上的喷口电弧等效电阻网格法，建立了新型电弧动态物理一数学模型，充分考虑了灭弧室内电弧温度、压力等物理因素的影响，气吹对电弧形态的影响以及电弧电流的自适应调整，以反映整个开断过程中电弧的动态变化。并在对高压SR断路器气流场N-S方程和k-ε方程求解研究的基础上，对500kV单断口SF6断路器短路开断情况下，跨音速、可压缩、复杂流路、变边界条件的气流场进行求解，实现了电弧动态变化过程的气动模拟，为进一步研究电弧能量的利用及更有成效地进行高压断路器开断过程的仿真研究奠定基础。     

SF_6断路器灭弧室内粘性流场求解的一种新方法

提出了一种可解决超音速、亚音速、跨音速、冲击波共存的流场计算方法 ,即变形流体网格两步法。并对SF6 断路器无载开断过程中灭弧室内粘性气体的流动特性进行了数值计算 ,给出了在触头开断过程中气流特性的分布情况。解决了SF6 断路器灭弧室内具有大畸变的粘性流体的数值计算。