高压SF6断路器开断电弧动态演变的数值模拟

发布时间：2017-03-29 13:17

  本文关键词：高压SF6断路器开断电弧动态演变的数值模拟，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：近些年来我国电力系统行业迅速发展,为了适应市场的需要,高压电器行业也迅猛发展。而高压SF6断路器在电力系统中占有重要地位,尤其在最近发展的超高压与特高压领域更显得重要。这就对高压SF6断路器提出了更高的要求,使其向更高电压等级、大容量方向发展。对高压SF6断路器开断过程进行研究,了解开断过程中电弧的演变过程,知道影响电弧变化的因素,在实际设计中对各影响因素进行优化,就可以改善高压SF6断路器的性能。而随着汁算机技术和计算流体力学理论的大力发展,新兴的数值模拟的方法被应用到高压SF6断路器的研究上。数值模拟的研究方法与传统的方法相比,前者具有更多的优点：耗时短、花费少、史方便灵活；能更加直观的观测到研究现象；可以改变参数使断路器运行达到最佳状态,从而指导生产应用。因此数值模拟的方法也被应用到高压SF6断路器的研究中。本文主要研究影响高压SF6断路器稳定性的关键技术问题,即断路器开断电路时灭弧室内电弧的发展状况。首先根据高压SF6断路器产品的实际结构,在COMSOL软件中高压SF6断路器的灭弧室的仿真进行前处理,包括几何建模、网格剖分、材料定义、物理场选择建模,之后可以得到高压SF6断路器灭弧室的数学建模。采用有限元的方法对仿真模型进行求解,然后利用COMSOL后处理模块的对仿真结果进行可视化后处理,使仿真数值数据更加直观。论文通过对高压SF6断路器灭弧室内电弧的动态演变过程的仿真,得到了动、静触头在不同行程时,灭弧室内电弧的电场、离子浓度等的分布图,对结果进行分析,会对高压SF6断路器开断过程中电弧的动态变化有着更加清楚的认知,这对改善高压SF6断路器性能参数,使高压SF6断路器向高电压、大容量、智能化、组合化、小型化方向发展起到积极意义。
【关键词】：断路器 灭弧室 有限元 COMSOL
【学位授予单位】：安徽理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM561.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-13
• 1 绪论13-19
• 1.1 课题研究背景及意义13-15
• 1.2 SF_6断路器的国内外发展状况与趋势15-16
• 1.3 本文研究目的和意义16-17
• 1.4 本文主要研究工作17-19
• 2 电弧及仿真理论模型19-37
• 2.1 电弧19-26
• 2.1.1 弧光放电及其特点19-21
• 2.1.2 电弧的组成部分21-23
• 2.1.3 电弧的发生条件23
• 2.1.4 电弧的物理特性23-25
• 2.1.5 电弧的分类和熄灭25-26
• 2.2 SF_6气体的特性26-35
• 2.2.1 SF_6气体的基本特性26-28
• 2.2.2 SF_6气体中带电质点的产生和消失过程28-31
• 2.2.3 SF_6气体的放电特性31-35
• 2.3 理论模型35-37
• 3 基于COMSOL的SF_6断路器灭弧室的数值模拟37-45
• 3.1 关于COMSOL37-38
• 3.1.1 COMSOL的基本介绍37-38
• 3.1.2 COMSOL软件仿真的基本操作流程38
• 3.2 常用的数值计算方法38-40
• 3.2.1 模拟电荷法39
• 3.2.2 优化模拟电荷法39
• 3.2.3 有限差分法39
• 3.2.4 有限元法39-40
• 3.2.5 边界元法40
• 3.3 高压SF_6断路器灭弧室数学模型的建立40-45
• 3.3.1 几何模型实体构建40-42
• 3.3.2 网格剖分42-43
• 3.3.3 材料定义43
• 3.3.4 物理场选择43
• 3.3.5 求解43-44
• 3.3.6 后处理44-45
• 4 SF6断路器开断电弧的动态演变的数值模拟及分析45-59
• 4.1 110kV高压SF_6断路器灭弧室内电弧电场的动态演变45-52
• 4.1.1 高压SF_6断路器在不同开距下灭弧室内电弧电场的分布45-47
• 4.1.2 高压SF_6断路器在不同开距下灭弧室内电弧的电位线分布47-49
• 4.1.3 高压SF_6断路器在不同开距下灭弧室内电弧的电场强度分布图49-51
• 4.1.4 小结51-52
• 4.2 110kV高压SF_6断路器灭弧室内电弧的离子动态演变52-59
• 4.2.1 高压SF_6断路器在不同开距下灭弧室内电弧正离子浓度分布52-54
• 4.2.2 高压SF_6断路器不同开距下灭弧室内电弧负离子浓度分布54-57
• 4.2.3 小结57-59
• 5 总结与展望59-61
• 5.1 总结59
• 5.2 展望59-61
• 参考文献61-65
• 致谢65-67
• 作者简介及读研期间主要科研成果67

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