【摘要】：隨著我國工業(yè)化和智能化的發(fā)展,各個(gè)行業(yè)對用電的需求不斷提高,電力系統(tǒng)也在增容和擴(kuò)張。局部地區(qū)用電負(fù)荷密度的增長使得電力系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)的故障電流不斷提升,甚至超過了線路上斷路器的開斷水平,加裝限流器是限制短路電流的有效措施。在開關(guān)分閘時(shí),觸頭間會(huì)產(chǎn)生電弧,電弧電壓可以用來驅(qū)使電流轉(zhuǎn)移和限制。本文主要對快速提高開關(guān)中空氣電弧電壓的方法和影響因素進(jìn)行數(shù)值計(jì)算和分析,并將快速提升弧壓與故障電流轉(zhuǎn)移耦合,實(shí)現(xiàn)故障電流過零點(diǎn)前完成轉(zhuǎn)移和限制,分析了弧壓提升對轉(zhuǎn)移限流過程的影響。基于磁流體動(dòng)力學(xué)(MHD)理論,本文建立了氣吹滅弧室電弧仿真的數(shù)學(xué)模型。將洛倫茲力作為動(dòng)量守恒方程的源項(xiàng),將焦耳熱和輻射損耗作為能量守恒方程的源項(xiàng)實(shí)現(xiàn)流體力學(xué)和電磁場之間的多場耦合。與當(dāng)前空氣斷路器普遍研究的采用磁場驅(qū)動(dòng)電弧進(jìn)入鐵磁柵片區(qū)域并被切割為若干短弧相比,本文主要研究在滅弧室的進(jìn)氣口處施加氣流來驅(qū)動(dòng)電弧運(yùn)動(dòng),并采用絕緣柵片來拉長和冷卻空氣電弧以提高電弧電壓。本文基于商業(yè)軟件FLUENT平臺(tái)并對其進(jìn)行二次開發(fā),對氣吹滅弧室中的多物理場耦合進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,仿真了穩(wěn)態(tài)電弧作為初始條件在氣流場作用下的運(yùn)動(dòng)和弧壓提升過程,分析了滅弧室內(nèi)各個(gè)物理場的分布。仿真分析了觸頭打開過程中電弧受氣流場驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)和電弧電壓變化。為了盡可能短的時(shí)間獲得盡可能大的電弧電壓,比較分析了包括柵片材料、柵片間距和氣吹壓力、柵片形狀、柵片排列、出氣口位置和大小、電弧電流大小在內(nèi)的不同因素對電弧運(yùn)動(dòng)和弧壓變化的影響。最后設(shè)計(jì)了基于FLUENT和PSCAD的聯(lián)合仿真方法,將電力系統(tǒng)短路故障的暫態(tài)分析同開關(guān)動(dòng)作后電弧發(fā)展過程結(jié)合起來,對短路電流的轉(zhuǎn)移和限制過程進(jìn)行聯(lián)合仿真。分析了在不同時(shí)刻投入限流器的限流效果,利用快速提升的高弧壓可以驅(qū)使故障電流在過零點(diǎn)前完成轉(zhuǎn)移限制。仿真分析轉(zhuǎn)移開關(guān)氣流入口壓力對轉(zhuǎn)移限流時(shí)間的影響。本文對電弧運(yùn)動(dòng)及弧壓提升和轉(zhuǎn)移限流的研究可以為開關(guān)電器領(lǐng)域中基于提升弧壓和電流轉(zhuǎn)移的應(yīng)用提供一定的指導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM501.2

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本文編號：2589754