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。     

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。     

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高压断路器喷口中的湍流及其对介质恢复特性的影响

在流体力学中，当流体遇到流路复杂的情况会产生湍流。断路器喷口的形状结构对吹弧气体中湍流的产生和发展具有最直接的影响。该文从宏观角度，选择不同的湍动模型，在改变喷口型面结构下，通过数值模拟，分析湍流的产生及湍流对SF6高压断路器吹弧气体流动及介质恢复特性的影响。光滑喷口壁面吹弧气体的流动表现为层流；凸凹不平的喷口壁面吹弧气体的流动表现为湍流；对存在有湍流的不同喷口，湍流发展得越充分，越有利于控制超音速流的发展，从而有利于提高介质强度恢复速度。     

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。     

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.     

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。     

高压SF_6断路器湍动冷气流混沌性行为

对喷口区域跨音速、可压缩气流在变边界流路的湍动气流运动行为的调控目的是提高气吹效率,实现SF_6断路器在开断进程中绝缘与灭弧介质的快速恢复。由于喷口气流运动并非单纯层流,呈现层流与湍流并存的特点,且湍动过程中存在连续变化的涡旋态,导致气流运动的不确定性。对冷气流湍动产生机制的发展变化研究,找寻湍流内在特性是研究高压SF_6断路器短路大电流开断对吹弧气流调控的基础。以550k V单断口高压SF_6断路器为研究对象,采用有限体积方法对湍动冷气流进行数值仿真模拟,运用混沌理论对开断过程中的湍流特征量进行定量分析,并采用C-C方法和Wolf算法求取最大Lyapunov指数(LEmax),分析在开断过程中湍动冷气流的混沌性行为。     

SF6自能膨胀式断路器开断大电流过程的数值模拟与分析

在建立喷口电弧与喷口烧蚀蒸气相互作用的数学模型基础上,应用有限元方法数值模拟了SF6自能膨胀式断路器开断大电流的过程,计算并分析介质恢复过程.研究结果表明:膨胀室内压力的建立与燃弧过程密切相关,第二个电流半波的燃弧过程,对压力的影响较第一个电弧电流半波的大,是压力建立的关键过程.电流过零后灭弧室气流特性主要为:由于膨胀室内气流的作用,喷口喉部内形成一滞止区,弧隙间的温度迅速下降,喷口下游气流逐渐发展成超音速流.介质强度恢复特性表现为迅速上升的过程,而后为缓慢上升的过程;开断电流减小,介质强度恢复的速度快,介质强度高.     

基于真空灭弧室与SF6灭弧室串联的混合断路器

论述了基于真空灭弧室和SF6灭弧室串联的混合断路器开断能力提高的原理,分析了混合断路器两灭弧室的介质恢复过程。结合混合断路器开断能力提高的机理提出了混合断路器对其操动控制机构的要求,设计了一种基于真空灭弧室与SF6灭弧室串联的光控模块式混合断路器实验模型。实验模型能满足分析混合断路器中真空灭弧室与SF6灭弧室在不同时刻协同动作开断容量增益特性的要求,其协同动作时间分散性在微秒级。实验对比了SF6断路器与基于相同SF6灭弧室串联真空灭弧室的混合断路器短路电流开断能力,证明在不增加SF6气体使用量的前提下,混合断路器具有比SF6断路器更加优越的开断能力。     

旋气吹弧式SF_6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。     

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。     

SF6断路器空载介质恢复特性数值模拟中的耦合计算方法

SF6高压断路器空载下介质恢复特性的数值模拟取决于液压操动机构的输出动力特性、开断过程中灭弧室内气流场的分布以及电场总分布.传统方法对介质恢复特性的数值模拟是先分别对上述三部分进行数值计算,然后根据三部分的数值计算结果计算介质恢复特性.本文以介质强度的计算为纽带,将三者联系起来,首先建立了对介质恢复特性进行数值模拟的耦合方程,然后在液压机构操动力的驱动下,对每一行程步距通过耦合方程,计算每一步距下的液压操动机构的输出特性、灭弧室内气流场与电场的分布及介质恢复强度,最后求得全行程下的介质强度恢复特性.通过空载开断过电压的校核,证明所求得的介质恢复特性满足对该断路器空载开断能力的要求.     

高压SF6自能膨胀式断路器无载开断过程中灭弧室内气流场的数值分析

本文以质量守恒定律、动量守恒定律和能量守恒定律为基础,数值分析了ＳＦ６自能膨胀式断路器无载开断过程中灭弧室内的气流场。气流场的变化分为三个阶段。在第一阶段中,膨胀室内气体压力、密度增加,为下一阶段吹弧做好准备。在第二阶段中,动静弧触头之间的区域形成滞止区,气流场在空心动弧触头及导电杆内达到超音速流,这些有利于电弧的熄灭。在第三阶段中,主喷口扩张区与喉部之间存在超音速流,影响介质恢复强度;在静弧触头     

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。     

Effects of hot SF/sub 6/ on post-arc circuit breaker design

SF/sub 6/ is blown through the arc during interruption of an SF/sub 6/ puffer circuit breaker. This hot gas flows down an exhaust tube into the chamber of a dead tank circuit breaker where it can lower the dielectric withstand between the exhaust tube and the tank of the circuit breaker, leading to dielectric breakdown during the transient recovery voltage after clearing. This paper presents experimental evidence that any such breakdown is controlled by the hot gas near the exhaust tube, with cold gas in the remainder of gap having little effect on the breakdown voltage. This experimental conclusion is supported by a detailed theory for conditions under which breakdown can occur.     

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。     

Interrupting Test of 275kV Reactor and Its Evaluation in Three Kinds of Gas-Blast Circuit Breakers

By using a 275kV, 150MVA reactor, interrupting tests, were conducted on an opening resistor-fitted air-blast circuit breaker, a two-pressure SF6 gas-blast circuit breaker, and a puffer-type. SF6 gas circuit breaker. Maximum overvoltages generated on the reactor were 1.95 PU with the puffer-type SF6 gas circuit breaker, 2.27 PU with the two-pressure SF6 gas-blast circuit breaker, and 1.71 PU with the opening resistor-fitted air-blast circuit breaker. The test results indicated that arc voltage had a great effect on overvoltage. With the puffer-type SF6 gas circuit breaker, overvoltage was low particularly during short arc times, and high only in the vicinity of the 0.5 cycle corresponding to maximum arc time. A digital calculation of overvoltage waveforms by using nonlinear arc voltage represented by base arc voltage and a normal function revealed that arccontained interruptions could be simulated very well.