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高压断路器气流场与旋转磁场研究

作　者: 吕东旭
导　师: 刘晓明
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 高电压与绝缘技术
关键词: 气流场高压SF6断路器旋转磁场
分类号: TM561.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

电力工业是国家经济发展的支柱产业，高运行性能、高可靠性以及高稳定性的电力系统建设与发展是改善电能供需矛盾亟待解决的问题。高压SF₆断路器作为高压开关的主导产品，在高压、超高压以及特高压输变电系统中起着重要的控制和保护作用，在维护电力系统的安全、可靠及稳定运行中起着关键作用。高压SF₆断路器灭弧室内气流场及其影响因素的研究包括电、磁、热、机及材料等多学科内容，有关高压SF₆断路器的多物理场耦合数值模拟是分析开关介质恢复特性与开断性能的基础。本文以550kV高压SF₆断路器为研究对象，针对其可压缩、有粘性、有源和变边界的气流场域特点，建立超高压SF₆断路器机构与灭弧室联合模拟的物理数学模型。采用有限体积法，通过改变压力/行程特性，对容性小电流开断下灭弧室内气流场进行全场域数值分析，并对不同特性条件下的灭弧室内气流参数，诸如压力、密度、速度、马赫数的动态变化进行对比分析。通过在断口区域以及喷口上、下游区域设置相应的压力观测点，得到各观测点压力随行程变化的定量描述。研究表明：在喷口上游建立起足够的压力是保证断路器顺利开断的关键，且压力变化直接影响开断过程中气流参数的动态变化。基于上述分析，为有效控制气流运动，提高气吹能力，本文提出了一种旋磁压气式组合吹弧方式；为提高开断过程中灭弧室断口区域有效气吹效率，提出了一种旋磁发生装置，置于动、静触头之间，通过该磁场发生装置产生外加旋转磁场实现气流调控，使可能产生的电弧在磁场发生装置内被拉伸且沿气吹方向呈螺旋状，具有高速旋气运动特性。为捕捉旋磁气流运动行为，采用有限元法进行三维场域数值计算与分析，得到与施加电流同频率变化的旋转磁场。在开关开断过程中由于热气流受到气吹与磁吹的双重作用，以实现气流的有效调控，有利于开断和介质快速恢复。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-22
  1.1 课题研究的背景和意义  10-13
  1.2 高压SF_6 路器国内外发展现状  13-18
  1.3 气流场数值计算的发展  18-20
  1.4 旋弧技术的发展  20-21
  1.5 本文的主要工作  21-22
第二章气流场及电磁场理论  22-30
  2.1 概述  22
  2.2 气流场数值计算理论  22-23
  2.3 磁场基本理论  23-26
  2.4 外加磁场对电弧的影响  26-29
    2.4.1 外加横向磁场对电弧的作用  26-27
    2.4.2 外加纵向磁场对电弧的作用  27-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 SF_6 断路器容性小电流开断下气流场分析  30-45
  3.1 概述  30
  3.2 数值模型的建立  30-35
    3.2.1 N-S 方程  31-32
    3.2.2 湍流方程  32-35
  3.3 边界条件加载与网格剖分  35-36
  3.4 气流场数值计算结果与分析  36-44
    3.4.1 不同开距下气流参数变化  36-40
    3.4.2 不同观察点处压力变化  40-44
  3.5 本章小结  44-45
第四章外加旋转磁场的产生和有限元分析  45-57
  4.1 概述  45
  4.2 旋转磁场发生装置的设计和旋转磁场的产生  45-47
    4.2.1 旋转磁场发生装置的设计  45-46
    4.2.2 旋转磁场的产生  46-47
    4.2.3 旋转磁场的表示  47
  4.3 外加磁场的二维有限元分析  47-50
    4.3.1 二维模型的建立  48
    4.3.2 二维仿真结果  48-50
  4.4 外加磁场的三维有限元分析  50-56
    4.4.1 三维模型的建立  50-51
    4.4.2 模型网格剖分与边界条件  51-52
    4.4.3 加载激励  52-53
    4.4.4 三维仿真结果  53-56
  4.5 本章小结  56-57
第五章结论  57-58
参考文献  58-61
在学研究成果  61-62
致谢  62

高压断路器气流场与旋转磁场研究

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