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。     

SF6断路器电弧电流过零后介质强度恢复特性数值计算

从实际ＳＦ６断路器灭弧室的基本结构出发，采用ＦＬＩＣ法计算了断路器在短路开断过程中灭弧室内热气流的流动特性。在计算中成功地加入了电弧模型，较好地模拟了电弧对气流的作用，对不同燃弧时间对气流特性的影响了计算分析，并应用流注理论获得了不同燃弧时间下的介质强度恢复特性。     

SF6高压断路器压力特性与机械特性耦合数值模拟

SF6高压断路器对某一具体故障的成功开断是其灭弧室结构、开断电流和操动机构三者共同作用的结果，这使得断路器压力特性与机械特性的耦合数值模拟在断路器结构设计和优化中占有非常重要的地位。基于气体质量守恒、能量守恒定律和牛顿第二定律，采用模块化拓扑关联分析方法，建立了SF6高压断路器压力特性与机械特性耦合数值分析计算方法。应用该方法对126kV/40kA SF6高压断路器空载、T100s开断压气缸内气体压力特性和操动机构的机械特性进行耦合数值计算，对比了开断电弧对压气缸内气体压力特性、质量和焓的流动特性及操动机构行程曲线的影响。     

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.     

高压SF6断路器综述

介绍ＳＦ６断路器的三个发展阶段，其各种类型的工作原理及特点；从灭弧结构，断口设计，运动驱动方式，喷嘴材料和开头，结构的简化，改进灭弧介质，采用先进操动机构，运用状态监测技术提高可靠性８个方面概括出国外超高压ＳＦ６断路器技术的发展动向；分析我国在该项技术的开发应用中存在的问题，并提出了建设性意见。     

SF_6电弧等离子体平衡成份计算及其光谱特性

本文计算了SF_6电弧等离子体的平衡成份,温度范围为5000K—30000K,气压为0.2MPa。考虑到等离子体中的主要组成为SF_6、SF_4、SF_2、S_2、F_2、S、F、S~+、F~+、F~-、e,在计算过程中仅考虑一次电离。在SF_6电弧等离子体平衡成份的计算基础上,本文计算了一些SF_6等离子体光谱分析中常选用的几条谱线的线光谱发射系数。     

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。     

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.     

氪等离子体热力学非平衡输运性质的计算

获得覆盖较宽温度和压力范围内的热力学和输运性质是进行氪等离子体传热和流动过程研究的必要输入条件。为此,采用双温度Saha方程进行计算得到了氪等离子体的组分;采用基于将Chapman-Enskog方法扩展到高阶近似的方法,计算获得了电子温度(Te)与重粒子温度(Th)比范围为1～4、电子温度范围为300～30 000K、压力范围从0.01p0～10p0(p0=101.325kPa)的氪等离子体的粘性、热导率和电导率。研究结果表明,热力学非平衡参数(θ=Te/Th)和压力对氪等离子体的输运性质有较大的影响。随着压力的降低和热力学非平衡程度的增加,氪等离子体的粘性降低;偏离热力学非平衡的程度对热导率的峰值有显著影响,压力越大,高温区域的平动热导率就越大;高温区,电导率随着压力的升高而增大,在低温区,电导率随着压力的降低而增大。在局域热力学平衡条件下,计算获得的氪等离子体输运性质和文献报道的数据符合良好。     

新型SF6灭弧室的设计

一、引言在过去的几年中,新型SF_6灭弧室已被开发出来。该灭弧室以减小断路器的操作能量和提高其可靠性为目的,采用了新的灭弧方法,即后排气式“自能”双腔热灭弧方法。减少操作能主要是通过降低压缩气体时所需     

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。     

局部热力学平衡态电弧等离子体的电导率计算研究

将精确计算的粒子配分函数和德拜理论的修正应用到Eindhoven微观电弧模型中,计算了电弧等离子体的粒子数密度;在此基础之上,分析了Sptizer模型的局限性,推导出了库伦对数的精确表达式,提出了一种新的电导率的模型;模拟计算了温度范围为400—50000K,不同压强(0. 1、1和10MPa)条件下水中放电等离子的电导率变化;模拟结果表明:水中放电等离子体的电导率随温度的升高整体呈上升趋势;低温条件下,电导率随压强的增大而减小,而高温条件下,电导率随压强的增大而增大。     

SF6短间隙中高频电弧的阻抗特性

气体绝缘开关设备(GIS)中隔离开关操作时,触头间隙会出现高频放电,产生威胁电力设备安全的特快速暂态过电压(VFTO),高频电弧的阻抗特性对VFTO的上升沿和幅值等具有重要影响。为此,提出了利用SF6间隙研究GIS隔离开关高频电弧阻抗特性,分SF6短间隙和长间隙2个阶段开展工作的技术方案,并介绍了SF6短间隙阶段的研究工作。建立SF6短间隙和紧凑型RLC放电回路产生高频电弧。采用高压探头、Rogowski线圈、B-dot传感器分别测量电弧电压、电流及电流变化率,利用高速分幅相机观测电弧形态。提出了电弧电感和电阻的分析方法,研究了气压、弧长及电流对电弧电感和电阻的影响,建立了基于能量平衡关系的电弧电阻模型。研究结果表明:高频放电起始后,电弧电感从约13μH/m迅速减小并趋于稳定值约9μH/m;电弧电阻在约60ns内快速跌落至约1Ω,随后缓慢下降并趋于稳定值约0.1Ω;气压增大时电弧电感和电阻增大,电流增大时电弧电感和电阻减小;提出的模型能够计算全过程电弧电阻,计算结果与试验分析结果基本符合。     

SF_6的温度与湿度及其对产品绝缘性能的影响

选用三台新组装的LW8-40.5罐式SF6断路器进行试验,研究环境温度与SF6湿度的关系以及对产品绝缘性能的影响,得出,当SF6相对湿度RH值约为30%时,产品耐受高电压能力未发现明显变化;在考虑SF6湿度测量值的近似温度折算方法时,可用适当方式来利用克劳修斯-克拉贝龙方程,按低于30%的某个RH值制定SF6湿度的限值标准,能排除温度的影响,简单可行,便于实施SF6湿度的在线监测。     

混合断路器大电流开断过程中真空电弧与SF6电弧相互作用的仿真

真空断路器和SF6断路器串联的混合断路器,可有效利用真空和SF6气体两种介质不同的灭弧特性实现更大短路电流的分断。为研究两种电弧的相互任用,运用ATP软件及其TACS工具建立了系统实验仿真平台、12kV真空断路器与40.5kV SF6断路器的电弧模型;将仿真结果与实验波形结合通过数学方法分别求得实用的真空电弧和SF6电弧模型参数;搭建了实用真空电弧模型与SF6电弧模型串联的混合断路器模型。通过设定不同的系统仿真参数,研究开断过程中真空电弧和SF6电弧的相互作用及真空断路器与SF6断路器的分压关系;分析两断路器不同时刻分断的协同特性与介质恢复过程;量化研究混合断路器的断流容量增益特性。仿真结果证明,真空断口首先承担恢复电压有利于SF6断口的介质强度恢复;两断口间的电压分布关系主要由电弧电阻与断口间电容决定;在不增加SF6气体使用量的情况下混合断路器具有比SF6断路器更大的断流能力。研究结果为大容量混合断路器的设计提供了理论依据。