SF_6气流中电弧热边界区的数值分析

建立的喷口电弧磁流体动力学（MHD）数学模型,揭示了喷口电弧、热边界区、外部气流场的组成结构。在此基础上,研究了电弧热边界区形成的机理、基本特性、存在方式以及与弧柱等离子体、外部冷气流间的相互作用,从而对气流中电弧基本特性有了更加深入的了解。     

光学流动显示法诊断电弧热边界区

使用单Wollastone棱镜差分干涉仪对压气式变开距灭弧室模型里SF_6中电弧的气流场状况进行了光学显示测量,诊断出电弧周围热边界区的形状、大小和变化特性,同时,就该热气流边界区对灭弧室气流特性以及电弧熄弧过程产生的影响做了分析。     

剩余弧柱等离子体与热边界区对介质恢复过程的影响

为了揭示零后介质强度恢复过程中的复杂物理现象,建立了喷口电弧磁流体动力（ＭＨＤ）数学模型,强调了电弧、气流、电磁场三者的相互作用,并通过操作机构与灭弧室的联合模拟计算,反映了电弧熄灭这一动态过程,详细研究了零后剩余弧柱等离子体的蜕变和热边界区对介质恢复过程的影响。     

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。     

基于喷口射流的强气流灭弧防雷装置的分析与研究*

多间隙强气流灭弧防雷装置可有效截断雷电弧,深度抑制工频电弧的发展和重燃.为进一步验证其性能,利用喷口射流原理分析耦合场的气流状态,并采用喷口射流衰减电弧模型描述电弧的耦合特性,同时在试验室环境下进行的灭弧试验与仿真结果基本吻合,证明了防雷装置动作迅速,产生的高速气流作用在雷电流衰减期,可在各喷口处将电弧截断,且电弧熄灭后不重燃.实际应用也表明,该装置安全可靠,大幅提升了输电线路防雷的有效性.     

高压自能式SF6断路器电弧能量作用过程仿真

建立了高压自能式SR6断路器电弧的磁流体动力学(MHD)数学模型。此模型创新地考虑了传导散热对喷口材料烧蚀。进而对电弧及气流场产生影响，即同时计入了电弧能量以辐射和传导方式烧蚀喷口材料，并考虑了喷口材料烧蚀所产生的蒸气带来的影响。通过对比考虑传导散热与不考虑传导散热两种情况下的开断过程中气流场的分布及变化，深入研究了灭弧室内电弧能量的传递方式。根据文中的计算条件和结果，得出考虑传导散热时，电弧最高温度为不考虑传导散热时的90％。最后，从电弧能量利用角度出发，就灭弧室结构参数对开断性能的影响进行了研究。     

爆炸气流作用下暂态电弧自熄灭时间计算

爆炸气流是影响暂态电弧自熄灭时间的重要因素,为此,从电弧运动的角度出发,研究了利用爆炸气流灭弧装置产生的爆炸气流对电弧自熄灭时间的影响。利用链式电弧模型以及电弧自熄灭弧长判据,对在故障电流为1 k A时不同喷口角度、气流速度灭弧参数下的电弧自熄灭时间进行仿真计算,并与试验结果进行比较分析,研究结果表明:在气流速度为300 m/s、电流1 k A、喷口角度60o时,仿真中得出电弧自熄灭时间为0.3 ms,而试验中得出的电弧自熄灭时间为0.4 ms,仿真值与实际值基本相符。电弧自熄灭时间与爆炸气流速度有关,在相同的故障电弧电流的情况下,电弧自熄灭时间随着气流速度增大而减小。这说明了爆炸气流灭弧装置在灭弧性能上的可行性。     

断路器喷口材料PTFE耐烧蚀性能的研究

喷口材料的性能直接影响着断路器的开断特性,为研究喷口材料的耐烧蚀性能,文中设计了一套直流电弧发生装置,可以产生电压、电流、时间、弧长可控的直流电弧,在电弧轴向中充入气流模拟断路器吹弧对聚四氟乙烯(PTFE)的烧蚀,以PTFE材料经受一次电弧烧蚀所损失的质量作为其烧蚀性能的指标。结果表明:稳定燃烧的直流电弧呈现负电阻特性,PTFE的烧蚀量随着电弧电流的增大而增大,随着电弧功率的增加而增大,在电弧中充入气流,电弧燃烧不稳定,并且气流可以明显减少电弧对PTFE的烧蚀量。     

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气流中电弧特性的理论计算与分析

利用喷口电弧的微分—积分模型对两种形状喷口中的电弧特性进行了理论计算和分析,揭示了喷口形状对电弧特性的重要影响,分析了SF_6电弧在熄灭过程中的流场结构,提出了在SF_6电弧零区存在着非局部热平衡现象的观点。     

PTFE蒸气对电弧特性影响的数值分析

在喷口电弧动态数学模型中 ,考虑了喷口烧蚀产生的PTFE蒸气的作用。应用有限元方法模拟了SF6 自能膨胀式断路器开断短路电流的过程。通过与不考虑PTFE蒸气影响的开断过程的模拟结果相比较 ,得到了PTFE蒸气对喷口电弧特性影响的结果。表明 :PTFE蒸气使喷口电弧的压力明显增高 ;使电流较高时的电弧温度降低 ;使电弧电流过零时的弧区温度升高 ;在电弧电流下降时 ,电弧的温度下降速度变慢 ;使电弧的半径增大。     

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。     

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。     

高压断路器喷口材料的试验研究

在分析高压SF6 断路器开断大电流时 ,电弧对喷口烧蚀机理的基础上 ,进行了喷口材料改性试验研究。得出聚四氟乙烯中加入MoS2 ,BN ,光致蓄光材料 (PL) ,复合聚四氟乙烯的介电性能、光学性能、耐电弧烧蚀性能和线膨胀系数的变化规律。研究结果为提高喷口的耐电弧烧蚀性能、改善喷口材料的介电性能和工艺性提供了理论依据。     

旋气吹弧式SF6断路器及其三维气流场特性的仿真

为了提高断路器的弧后介质恢复速度,笔者以500 kV单断口高压SF6断路器为研究对象,提出了在气体通道的上游增加旋气槽的设想,将传统的轴向吹弧改进为旋转吹弧。对有旋气槽和无旋气槽两种结构在空载开断过程中灭弧室内气流的流动特性进行了数值仿真,仿真结果表明:喷口上游加旋气槽,能实现将电弧轴向运动变为旋转运动的目的;有旋气槽时,动静触头之间的高速气流比无旋气槽结构时的高速气流更为集中,有利于负载情况下电弧能量的逸散。     

复合聚四氟乙烯耐电弧烧蚀及其介电性能的试验研究

为了提高高压断路器喷口材料的耐电弧烧蚀性能,采用在聚四氟乙烯(PTFE)中添加三氧化二铝或二氧化钛,降低电弧能量对PTFE的烧蚀,同时试验研究复合聚四氟乙烯介电性能的变化规律。研究结果表明:在PTFE中添加无机填料可以明显改善耐电弧烧蚀性能,填料的添加量和粒径是影响复合PTFE电弧烧蚀量的重要因素;复合聚四氟乙烯的相对介电常数和介质损耗角正切随着填料添加量的增加而增大;随着温度的升高,聚四氟乙烯的相对介电常数减小,介质损耗角正切增大。试验结果对于实际应用具有重要的理论指导意义。     

ELFSL4-2型断路器灭弧室气流场分布计算及分析

根据热力学和等熵流理论,开发出相应的数值计算方法和程序,对ELFSL4—2型断路器灭弧室开断过程中上游气缸压力,温度和喷口气流量进行了计算,同时还计算出电流过零时气压、流速、温度等参数沿喷口轴向的空间分布值。结果显示,该灭弧室较好地利用了电弧阻塞效应,因此具有良好的灭弧能力。