气流流路对高压SF_6断路器介质强度混沌影响

高压SF6断路器的开断性能主要取决于灭弧室内的介质恢复能力。开断过程中,气流在可变流路中呈跨音速流动,将不可避免地产生湍流与激波,气流参数变化存在混沌特征,且灭弧室内部各气流参数在毫秒级时间与毫米级空间内气流运动行为复杂多变。采用有限体积法对550k V单断口高压SF6断路器开断容性小电流情况下的气流场进行数值求解,通过改变喷口长度及型面可调控气流流路,改变气流参数时空行为;采用有限元法得到灭弧室内电场分析;基于流注理论得到不同喷口结构下灭弧室内的介质恢复特性。由于断路器开断过程中介质强度恢复存在混沌,影响断路器的开断性能,通过改变喷口气流流路可以有效调控断路器内气流参数的混沌特性,以增强介质恢复能力,提高开断性能。     

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。     

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。     

高压SF_6断路器总变差减小方法流场求解研究

该文在对高压SF6 断路器气流场N S方程和k ε方程求解研究的基础上 ,根据边界层理论 ,将断路器复杂的流场问题分为边界层内及边界层外两个区域 ,并提出采用中心差分格式和改进的总变差减小方法分别进行求解的新方法。通过对 5 0 0kV单断口SF6 断路器跨音速、可压缩、复杂流路、变边界条件的气流场求解 ,证明本方法具有较准确的激波捕捉能力和高分辨率的流场求解能力 ,可以较准确地描述断路器气流场中气流参数的分布及变化规律 ,为更有成效地进行高压断路器开断过程的仿真研究及理论分析奠定基础。     

高压SF6断路器总变差减小方法流场求解研究

该文在对高压SF6断路器气流场N－S方程和k-ε方程求解研究的基础上，根据边界层理论，将断路器复杂的流场问题分为边界层内及边界层外两个区域，并提出采用中心差分格式和改进的总变差减少方法分别进行求解的新方法。通过对500kV单断口SF6断路器跨音速，可压缩，复杂流路，旁边界条件的气流场求解，证明本方法具有较准确的激波捕捉能力和高分辨率的流场求解能力，可以较准确地描述断路器气流场中气流参数的分布及变化规律，为更有成效地进行高压断路器开断过程的仿真研究及理论分析奠定基础。     

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。     

40.5kV投切无功负载专用SF_6断路器设计

首先简要分析了投切无功负载专用断路器的研究现状,然后基于投切无功负载过电压较高的特点,采取提高分闸速度,优化电场和气流场等措施设计出一种投切电容器组、电抗器组专用SF6断路器,对断路器的灭弧室在开断过程中的气流场、电场等进行了仿真计算,根据仿真和理论分析计算了开断后介质强度恢复特性,分析表明该断路器能满足设计要求。最后按照IEC 62271-100:2003标准要求,对该断路器在荷兰KEMA试验站顺利通过了投切高参数无功负载的相关型式试验,验证了设计的正确性。     

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。     

弧触头烧蚀程度对灭弧室内短路开断过程多物理场的影响

为研究SF6断路器开断过程中弧触头烧蚀程度对灭弧室内多物理场变化的影响,建立了弧触头接触行程分别减小0、5、10和15Smm下灭弧室内开断过程的多物理场耦合仿真模型,获得了短路电流开断过程中灭弧室内温度、气流和电场分布特性。计算结果表明：开断过程中,弧道最高温度出现在弧根处,其值随弧触头烧蚀程度变化不大;随着弧触头烧蚀程度的加剧,SF6气体最高速度不断减小,吹弧效果减弱;最大场强集中在静弧触头端部或动弧触头弧角处,且随弧触头烧蚀程度加剧而畸变更严重。基于此,根据流注理论的气体击穿判据计算了不同弧触头烧蚀程度下SF6介质恢复特性,发现当弧触头接触行程减小15 mm时,临界击穿电压低于瞬态恢复电压,触头间隙可能再次击穿造成电弧重燃。研究结果可为SF6断路器电寿命退化机理提供理论支撑。