SF_6电弧和N_2电弧特性的对比研究

利用喷口电弧的微分—积分模型对N_2气流中电弧的动态特性和稳态特性进行了计算,并与SF_6电弧的特性进行了对比分析。从理论上对这两种介质中电弧熄灭的机理和差异进行了讨论。     

SF_6断路器喷口烧蚀性能的试验研究

本文对SF_6断路器喷口耐电弧烧蚀性能进行了试验研究,拟合出喷口烧蚀与开断电流,燃弧时间和电弧能量的关系曲线,分析了开断电流和燃弧时间对喷口烧蚀的影响,试验结果表明国产喷口取代法国喷口是可行的。     

SF_6/N_2混合气体灭弧室中电弧阻塞效应的分析研究

分析研究了SF_6/N_2混合气体电弧阻塞现象。结果显示,相同电弧电流下,SF_6/N_2混合气体弧柱和热边界区直径分别大于SF_6气体,在电流半波中阻塞时间延长。此外,混合气体电弧能量密度高于SF_6,而弧柱焓流率则低于SF_6的相应值,因而在电流峰值附近更易造成能量在上游的聚积,使电弧对喷口的阻塞作用加强,影响灭弧与介质恢复过程。为了提高混合气体灭弧室的气吹灭弧能力,应对灭弧室结构参数和其他工作条件重新予以调整和确定。     

SF_6灭弧室模型的电弧温度的测试

本文采用光谱光电法,利用自制的成像光导测温系统,实现了单压式SF_6灭弧室模型喷口内电弧温度的测试,该系统具有结构简单,测试方便,测试结果是时间的连续变量等优点,并通过对采光孔的特殊加工,减小了因此而造成的对喷口内弧柱稳定性的影响,利用上述系统,分别对SF_6,N_2中灭弧室喷口喉部电弧弧柱温度的径向分布进行了测试,并对测试结果进行了分析。     

SF_6压气式断路器喷口堵塞现象的计算分析

在考虑了喷口内壁由于电弧辐射而引起的烧蚀的条件下,建立了一组计算SF_6压气式灭弧室与其喷口电弧的相互作用的数理方程,运用它所得到的计算结果,同GE公司的测试结果很吻合。     

SF_6-CO_2和SF_6-CF_4混合气体断路器的喷口压力特性

CO_2和CF_4气体物理化学性能稳定,液化温度低,灭弧能力强,作为潜在的SF_6替代气体引起了广泛的关注。断路器开断故障电弧过程中的喷口压力特性对气体灭弧性能和断路器结构的优化设计等都具有重要意义。为此基于一台126 k V压气式断路器模型,通过实验研究了不同体积分数混合比例下SF_6-CO_2和SF_6-CF_4混合气体中灭弧室喷口压力的变化特性。结果表明,SF_6-CF_4混合气体的喷口监测点压力增幅Δppeak和电流零点时刻的压力增量ΔpCZ均明显高于SF_6-CO_2混合气体,气吹电弧作用更强;两种混合气体测量点处的压力增幅Δppeak均随SF_6体积分数增加而增大,SF_6-CO_2混合气体电流零点处的压力增量ΔpCZ随SF_6体积分数增加也明显增大,而SF_6-CF_4混合气体ΔpCZ的变化较小;此外,喷口压力的建立情况对断路器热开断能力有较为重要的作用。     

热膨胀式断路器的数值分析

在建立的喷口电弧二维磁流体动力学数学模型的基础上,开发了SF_6断路器的CAD软件。通过灭弧室与操动机构的联合模拟计算,详尽分析了电弧能量扩散的过程与规律,为膨胀式断路器的开发与研究提供了理论依据。     

CO2、SF6以及C4F7N气体电弧特性的仿真对比研究

寻求可替代SF_6用于高压电气设备的气体是近年来的研究热点,而C_4F_7N气体由于具有较好的环保性能和优良的绝缘特性而极具潜力。然而受限于实验成本等原因,现阶段对于其灭弧性能的研究相对较少。通过仿真分析气体电弧行为能够为环保型开关的设计提供重要指导。文中首先分析了C_4F_7N、CO_2和SF_(6 )3种气体电弧的物性参数及成因,基于此采用磁流体动力学方法建立了轴对称二维喷口电弧模型并进行了计算,获得了C_4F_7N、CO_2和SF_6中电弧等离子体的温度分布及对应燃弧情况下的电弧电压,结合电弧物性参数结果分析了3种气体燃弧特性的主要成因。研究发现,纯C_4F_7N气体的电弧半径与电弧电压均与SF_6气体相近,相比于纯CO_2气体表明了其作为灭弧介质的潜在应用前景。但由于C_4F_7N气体分子质量相对较高,后续C_4F_7N气体的电弧仿真需要对湍流参数进行进一步研究,并通过相应的实验进行验证。     

N_2、CO_2和SF_6喷口电弧电流开断能力的比较分析

文中研究了瞬态条件下电弧在3种不同气体中(N_2、CO_2和SF_6)熄弧时的形态及能量交换机理。首先根据实验结果对湍流电弧模型进行了严格校准、确认其适用性。在此基础上对3种电弧进行仿真计算,对计算结果进行能量守恒分析,指出了不同气体燃弧过程中对电弧特性起主导作用的能量输运机理。基于湍流电弧中径向温度分布曲线的特征,阐述并确认了喷口电弧的电流开断能力与气体的物性参数之间的内在联系。     

SF_6替代气体热开断能力与物性参数关系研究

文中讨论了在探索选择六氟化硫(SF_6)替代气体的过程中关于气体开断能力研究的重要性,并对气体开断能力的评估进行了阐述。简要总结了目前工业界对SF_6替代气体开断试验的结果。以N_2和CO_2为例,从理论上分析了其开断性能劣于SF_6的原因,初步建立了喷口电弧中气体开断能力与物性参数间的关系,为理解SF_6替代气体开断机理及选择判据的建立提供理论依据。     

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。     

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。     

稳态燃弧SF6断路器灭弧室内热流场有限元分析

本文提出了计算稳态燃弧时ＳＦ６灭弧室内的热气流流场的新的有限元算法，并用此方法计算了灭弧室内电弧与气流的耦合流场，通过主要参数变化情况的分析，说明了电弧阻塞效应对电弧与气流相互作用产生的影响。     

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。     

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。     

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。