363kV SF_6断路器开断特性影响因素的分析

【摘要】：高压SF_6断路器作为电力系统中的过载保护设备,其开断性能影响着电网的日常运行。在开断电流的过程中在动、静触头之间会产生电弧,如何快速的熄灭电弧并保证热恢复的成功是该领域研究的关键。电弧熄灭期间气体的参数对开断是否成功有直接影响。一方面,充气压力影响着介质的压力、速度、密度,上述特性决定了灭弧室温度,影响了介质绝缘能力的恢复;另一方面,电弧熄灭后触头间的金属蒸气和残留的游离电子在不均匀电场的作用下电弧可能会重新燃烧,导致开断失败。开展介质恢复特性影响因素的研究,对优化高压SF_6断路器的性能具有重要的意义。基于以上背景,本文选用压气式363kV SF_6断路器作为研究对象,对流域部分进行建模分析,基于ANSYS Fluent,模拟空载和负载状态工作状态下的开断动作,对不同开距下电场强度、马赫数、压强、温度和密度等参数的变化进行计算,分析开断过程中气体参数对电弧能量的影响并计算上述参数在不同充气压力下的变化。以电路近区故障为例绘制瞬态恢复电压图像,分别与充气压力为0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa和0.8Mpa击穿电压曲线进行对比,判断充气压力对开断性能的影响。通过以上分析得出的结论,本文提出了一种通过递增气体压力提高开断性能的方式,即利用函数控制气体压力计算递增充气压力对击穿电压的影响。结果表明,空载条件下恒定的充气压力增加时,击穿电压值随之上升;负载条件下,恒定充气压力的大小直接影响气流速度的变化。随着开距的增大,气流速度不断加快,电弧产生的高温气体可快速排出灭弧室,从而提高了开断性能。当最大压力相同时,递增气压状态下气流速度大于恒压状态,使灭弧室温度下降更快。断路器负载开断时,增加气体压力是提高开断能力的有效方式;与恒压状态相比,通过递增开断过程中的气压可有效的提高断路器的开断速度,在不改变灭弧室结构的前提下增加了断路的可靠性。