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高压SF_6断路器三维MHD电弧特性研究

朴文泉  
【摘要】:SF6断路器是高压、超高压以及特高压电力系统中应用广泛的控制和保护设备。随着电力工业的发展以及用电负荷的增加,电力系统不断趋向高电压、大容量,与此同时也对SF6断路器的设计及性能指标提出更高的要求。研发绝缘能力强、开断性能好的SF6断路器是确保电力系统安全、可靠、稳定与高效运行的关键,也是系统运行过程中快速切除故障、最大程度减少经济损失的保障。 作为有触点开关,SF6断路器在开断与关合过程中不可避免地要产生电弧,借助于数值求解与仿真手段,对电弧物理数学模型进行数值模拟是研究高压SF6断路器绝缘与介质恢复以及开断性能的有效途径。为研究SF6断路器在开断过程中灭弧室内不同区域吹弧压力变化,本文采用有限体积法,采用喷口电弧三维磁流体动力学(MHD)数学模型对电弧进行数值模拟,得到不同开距下电弧参数变化以及电弧温度分布,分析由于喷口电弧在开断过程中所产生的堵塞、喷口上下游压力差,及其对气吹熄弧的作用。 灭弧室内聚四氟乙烯绝缘喷口是高压SF6断路器开断过程中控制管道内气流流动行为以及开关内灭弧介质恢复能力的关键结构部件,因此,灭弧室内喷口结构的设计是高电压等级SF6断路器气流流路结构设计的关键。为有效控制断口区域气流运动,提高高压开关开断能力,本文以550kV单断口超高压SF6断路器为研究对象,提出具有不同喷口长度与型面的气流管道流动结构,并采用有限体积法对灭弧室内冷态气流流动进行数值模拟。通过对比分析喷口上下游以及断口区域不同观测点的压力分布和速度分布,得到喷口上下游压力差和气流速度的定量描述,以反映开断过程中喷口气流的流动行为。仿真结果表明,喷口长度和型面结构参数是有效控制气流流动的主要参数。


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