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。     

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。     

自能式SF6断路器小电流开断过程中气流特性的数值分析

采用改进型流体网格法(FLIC法)及移动网格技术,结合145kV自能式SF6断路器灭弧室结构模型,通过求解柱坐标下的轴对称暂态二维欧拉方程组,完成自能式SF6断路器小电流开断过程中灭弧室内气流特性的数值计算,并对气流特性的分布情况进行了分析.     

基于真实气体模型的SF6断路器中冷态气流场特性的仿真分析

准确地计算灭弧室内气流场特性对于SF6断路器优化设计有重要意义。基于真实气体模型(user-defined real gas model,UDRGM),运用线性插值与UDRGM相结合的方法来导入SF6的气体属性,并与流场控制方程组联合求解,研究了SF6断路器简化灭弧室冷态气流场的特性规律。通过分析监测点处的物理量发现,触头分开过程中,灭弧室内整体压力差不断增加,气体密度分布主要取决于气压的变化;在喷口区域,气压最大值出现在动触头端部中心位置,各监测点处的气压与马赫数受触头位置的影响较大,当触头运动到监测点时,马赫数与气压会发生跃变,而喷口内部两触头间的气压变化梯度却很小。结果表明,基于UDRGM建立的SF6断路器冷态气流场分析新方法可有效地提高计算精度,也为热态气流场的研究提供了基础。     

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。     

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。     

一种仿真SF6断路器灭弧室气流场的新方法

本文提出基于格子Boltzmann方法的一种仿真SF6断路器开断过程的新方法.以252 kV压气式SF6断路器为研究对象,建立灭弧室气流场格子Boltzmann方程,推导出气流场的格子Boltz-mann模型.通过耦合触头机械运动的开断过程,仿真得到灭弧室内气流场的变化规律,将喷口上游和喉部的压力变化曲线与试验结果对比...     

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。     

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。     

SF6断路器空载介质恢复特性数值模拟中的并行计算

喷口优化设计目标函数的首取应是介质恢复特性.在喷口优化设计这一逆问题求解中,涉及到机构动力学,气流场和电场的大量计算,耗时巨大成为喷口优化的瓶颈问题,解决此问题须研究一些有效措施.本文给出了两种措施:其一是在介质恢复特性的数值模拟上采用机构动力学、气流场、电场的耦合计算;其二是在耦合数值模拟中采用并行计算技术.在并行计算的研究中,构建了以两台和三台计算机构成的并行机群系统,根据对SF6高压断路器介质恢复特性数值模拟所涉及的数值计算性质,研究了并行计算的环境问题、数据通信问题、网格剖分对并行计算的影响等问题;负载匹配及平衡与不平衡负载对计算效率的影响等问题.研究结果给出了对SF6断路器空载开断下介质恢复特性的全自动实时的数值模拟方法,为在开展喷口优化设计中采用并行计算技术奠定了基础.     

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。     

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。     

SF6断路器无载分闸灭弧室气流场控制的研究

对 SF6 断路器无载分闸过程中灭弧室电场和气流场进行了仿真计算。结果显示 ,断路器无载分闸速度以及灭弧室气流场分布影响冷态介质恢复特性。提出采用气流控制环来控制灭弧室气流场的观点 ,使断路器冷态介质恢复强度成为智能操作中的可控参数。     

高压SF_6断路器关合预击穿特性计算与试验研究

同步关合技术是控制断路器关合涌流和过电压的主要技术方法,技术关键点在于选取断路器触头合闸相角的合理范围。通过试验和仿真计算的手段研究高压断路器关合预击穿特性。首先,计算不同开距下灭弧室内电场强度和气流场介质密度的动态变化过程,应用SF6气体流注理论击穿判据计算合闸击穿电压曲线。搭建126 k V SF6断路器动态击穿特性试验回路,给出正、负极性电压下断路器合闸过程动态击穿电压曲线,分析SF6气体极性效应对击穿电压的影响。对比分析仿真计算与试验结果,给出同步关合技术最佳的合闸相角。结果表明:SF6气体正极性击穿电压值大于负极性;击穿电压值仿真计算值可以表征合闸过程临界击穿电压的变化;以试验数据为参考,在开关合闸偏差为±1 ms、电角度±18°时,确定最佳合闸目标相角为9°,预击穿时间在(0 ms,0.5 ms),预击穿电压在(0 k V,47.68 k V)范围内变化。     

SF6断路器逆止阀开启工具的研制

SF6断路器是用六氟化硫(SF6)气体作为灭弧和绝缘介质的断路器。由于SF6断路器具有良好的工作特性,目前在电力系统中得到广泛使用。(SF6)气体质量直接影响断路器的性能。本文就针对SF6断路器日常检修时,对气体的充气、补气工作中,经常出现的问题,给出具体的解决方案,有效提高检修SF6断路器工作效率,保证主要的电力设备可靠运行。     

SF6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。     

热胀式SF6断路器的压力特性的计算探讨

在分析了热胀式与压气式SF6断路器在分断过程中的不同状态后,进行了热胀式SF6断路器的压力特性的计算探讨,并以LW36-126为例,对计算的结果进行了分析与讨论。     

自能式SF6断路器压力特性的计算与分析

在分析了自能式与压气式SF6断路器分断过程中的不同状态后，论述了自能式SF6断路器压力特性的计算方法和过程，并以LW36-126为例，对计算的结果进行了分析与讨论。