SF6罐式高压断路器三维电场计算与分析

基于开发的三维有限元仿真软件计算了 SF6 罐式高压断路器灭弧室内的三维电场 ,得到灭弧室内的电场强度分布 ,发现喷口对灭弧室中电场分布的影响较大 ,它的存在使触头附近电场及其变化增大 ,触头间电场更不均匀     

并联电容器组对高压SF_6断路器绝缘性能的影响

将区域分解技术与有限元数值求解方法相结合,对于含有多重介质、薄均压屏蔽结构、非对称并联电容器组的252 kV SF6断路器灭弧室内部全场域进行三维电场数值计算。对比分析了区域分解技术对场域数值求解的影响,解决了大场域电场求解精度与求解效率的矛盾。给出了3种不同并联电容器组灭弧室绝缘配置方案,并对有无并联电容器组作用下的灭弧室内部电场进行对比分析,得到了灭弧室内部电场分布、触头沿面电场分布以及场均匀度的定量描述,找到了全场域绝缘薄弱点。     

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。     

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。     

4种典型交流滤波器断路器灭弧室电场分析

内部绝缘不足是引起换流站交流滤波器(alternating current filter,ACF)断路器发生爆炸事故的原因之一,为此开展了典型ACF断路器灭弧室内部电场分布的仿真研究。首先,基于电场数值分析理论,采用Solidworks和ANSYS软件建立了4种典型550 kV ACF断路器三维数值仿真模型;然后,仿真分析了弧触头网格剖分尺寸对灭弧室电场计算结果的影响,基于仿真数据对比分析了4种结构的ACF断路器在熄弧后开断过程中灭弧室的电场分布和不均匀系数,评估了断路器灭弧室内部相对绝缘强度;最后,分析了燃弧时间和平均开断速度对典型ACF断路器灭弧室电场的影响,初步提出了优化措施。仿真分析结果表明:弧触头的剖分尺寸可取0.2~0.5 mm;4种典型结构ACF断路器灭弧室内电场分布属于稍不均匀场,在正常开断情况下都能满足绝缘裕度要求;增加燃弧时间和平均开断速度,能够减小典型ACF断路器灭弧室各部件最大场强,提高绝缘裕度。     

550kV GIS用SF6断路器电场分析计算

对550kV GIS用SF6断路器结合其1min工频绝缘耐压试验对其合闸位置和分闸位置灭弧室内的电场分布进行了详细的分析计算,并对该断路器分闸过程中电场不均匀程度进行了分析计算,从而对该断路器的绝缘性能有了深刻的认识和理解.     

高压SF6断路器灭弧室电场优化与分析

采用有限元软件ANSYS对SF6断路器灭弧室内触头形状进行了优化,进而得到最优的电场分布。主要分为两部分,第一部分得到了有限元法计算电势的弱解方程,并利用有限元软件ANSYS精确建立了断路器灭弧室的CAD模型,具体介绍了断路器灭弧室电场优化的方法;第二部分根据计算结果分析了断路器灭弧室内的电场分布,并详细分析了触头形状的改变对灭弧室内电场的影响。得到的电场优化计算结果为高压断路器灭弧室的优化设计提供了参考数据。     

550kV单断口SF6罐式断路器绝缘影响因素研究

以550kV单断口SF6断路器为研究对象,采用有限元法对断路器灭弧室空载开断全程不同开距下静电场进行数值计算与分析。通过比较不同形状喷口结构的灭弧室电场分布,定量分析了喷口结构对动静弧触头表面电场的影响。     

喷口结构对半自能式SF_6断路器最短燃弧时间的影响

最短燃弧时间是衡量断路器性能的重要参数,笔者提出一种控制最短燃弧时间的优化方案。首先以流体力学、电弧理论为基础,建立了灭弧室内流场分布和电场分布的数学模型,并以此为基础提出通过仿真确定SF6断路器最短燃弧时间的方法;然后研究了喷口结构对断路器燃弧时间的影响,提出通过改变喷口喉部出口处仰角减小最短燃弧时间的方案,仿真分析了5种不同的改进方案对最短燃弧时间的影响,并最终确定最佳优化方案。     

10 kV户外真空断路器电场数值分析

采用有限元法对10kV户外真空断路器灭弧室内部电场进行计算分析,得出不同外绝缘情况下的电场分布情况。通过对真空灭弧室在不同外绝缘尺寸、厚度等条件下悬浮电位的计算及灭弧室内部电场进行的一系列仿真分析,为户外真空断路器的设计及外绝缘设计提供了理论基础。     

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。     

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...     

40.5kV真空断路器灭弧室内的暂态电场计算

计算了40.5kV真空断路器开断空载变压器时由复燃和截流引起的暂态过电压.通过离散的傅里叶变换获得暂态过电压的三个主要频率分量,以此作为真空断路器的边界条件,首次对真空断路器灭弧室内的暂态电场采用有限元方法进行了计算.给出了灭弧室内的暂态电场分布,电场强度的最大值、发生时间及典型位置的电场强度随时间变化的曲线.讨论了暂态电场的一些特征,为真空断路器的绝缘设计提供参考.     

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。     

SF_6断路器灭弧室内电场的数值分析

采用8节点等参元法,对SF_6断路器灭弧室内断口间的电场进行了详细的计算。在此基础上分别对喷口,最大开距,主触头结构,主、弧触头间结构的配合等参数的改变对断口间电场的影响,进行了讨论。整个计算软件具有通用性强,使用方便,易于处理复杂边界,前处理简单,后处理形象、直观等优点。     

瓷柱式SF_6断路器灭弧室的电场计算

应用有限元法对OFPI—220型瓷柱式SF_6断路器灭弧室内开域场中的电场分布进行了计算,分析计算了断路器在分闸位置的静态电场,找出了瓷套内表面、触头等关键部位的最大电场强度;对瓷套作了探讨,使用本文中的瓷套,可以提高沿面放电电压。     

高压SF6电流互感器绝缘特性分析

高压SF6气体绝缘电流互感器(简称HV SF6TA)由于绝缘气体本身特性,其内部电场分布的均匀程度和电场强度分布必须严格控制,以保证其高绝缘特性。电场计算是绝缘分析的重要手段。HV SF6TA场域结构复杂,为进行绝缘分析与结构设计,以220 kV HV SF6TA实际产品结构为研究对象,采用有限元数值求解方法,建立了含SF6、绝缘瓷套、空气等多重介质的三维电场数学模型,采用区域分解和自适应剖分技术相结合,对三维电场进行了仿真求解,得到了复杂结构中三维场域电场分布,找到了HVSF6TA内部最大场强所在位置以及绝缘薄弱点。为提高HVSF6TA全场域电场的均匀度,避免电晕放电等击穿现象的发生,绝缘设计中对法兰盘附近加设屏蔽环以及在一次导体端部加设屏蔽环两种方案的电场进行了分析,并将HV SF6TA各结构部件沿面电场分布以及全场域电场分布进行了对比分析,为HV SF6TA绝缘结构设计提供了数值基础。     

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。     

LW36-126型热膨胀式断路器设计和结构的探讨

本文主要是对热膨胀式SF6断路器的灭弧机理和结构方式进行了讨论 ,即对热膨胀室的压力、温度变化进行了计算 ,并对研制的新型LW36 - 12 6型自能式SF6断路器的具体结构做了分析 ,论述了自能式SF6断路器的可靠性。     

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。