本世紀(jì)初的幾十年是我國(guó)電力事業(yè)迅猛發(fā)展的時(shí)期。由于發(fā)電、用電地域之差，決定了我國(guó)輸變電行業(yè)將面臨巨大的挑戰(zhàn)和艱巨的任務(wù)。高壓SF_6斷路器既是電力系統(tǒng)中的重要電氣裝置，又是高壓電器中典型的器件之一，其產(chǎn)品的研究涉及電、磁、熱、機(jī)等多學(xué)科內(nèi)容，以其為核心而進(jìn)行相關(guān)理論的研究對(duì)提高開關(guān)行業(yè)的理論水平具有重要現(xiàn)實(shí)意義。 本文在閱讀了大量國(guó)內(nèi)外參考文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了國(guó)內(nèi)外高壓SF_6斷路器的眾多專家學(xué)者的研究成果，從高壓SF_6斷路器的應(yīng)用現(xiàn)狀和當(dāng)前研究的熱點(diǎn)、難點(diǎn)問題出發(fā)，結(jié)合國(guó)內(nèi)高壓SF_6斷路器的發(fā)展需求，進(jìn)行了部分關(guān)鍵技術(shù)問題的研究。 高壓SF_6斷路器三維電場(chǎng)仿真以及數(shù)值求解方法的研究。對(duì)于高壓SF_6斷路器以及其它的開關(guān)電器來說，絕緣性能分析是最基本也是最為重要的環(huán)節(jié)，而基于電場(chǎng)的數(shù)值計(jì)算是絕緣設(shè)計(jì)的重要途徑。對(duì)于含有多重介質(zhì)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的高壓SF_6斷路器，通過構(gòu)造合理的數(shù)學(xué)模型，研究高精度、高求解效率的電場(chǎng)數(shù)值求解方法是解決問題的關(guān)鍵。本文針對(duì)高壓SF_6斷路器的實(shí)際產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)模擬電荷法進(jìn)行斷路器3D電場(chǎng)數(shù)值分析。并在此基礎(chǔ)上，針對(duì)傳統(tǒng)模擬電荷法在具體應(yīng)用過程中人為干預(yù)的問題，首次將遺傳算法引入模擬電荷法的布點(diǎn)設(shè)計(jì)中，提出了智能優(yōu)化模擬電荷法的新方法，并對(duì)具體實(shí)例進(jìn)行電場(chǎng)數(shù)值求解，驗(yàn)證其可行性和有效性。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了有限元和模擬電荷法耦合求解無限遠(yuǎn)場(chǎng)域問題，提出了實(shí)現(xiàn)無界場(chǎng)域電場(chǎng)的高精度數(shù)值求解的一種新思路。 動(dòng)態(tài)電弧模型的建立以及開斷過程電弧動(dòng)態(tài)特性的研究。電弧動(dòng)態(tài)模型的準(zhǔn)確建立對(duì)于研究分析高壓SF_6斷路器的介質(zhì)恢復(fù)特性和開斷性能是必不可少的關(guān)鍵問題。在討論高壓SF_6斷路器電弧模型發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，為克服傳統(tǒng)電弧模型中電弧與氣流相互作用體現(xiàn)不足以及電弧動(dòng)態(tài)特性反映不足的問題，本文首次提出了等效單元體法的二維動(dòng)態(tài)電弧模型及其與氣流場(chǎng)耦合的物理數(shù)學(xué)模型。對(duì)電流零前、過零期間以及零后的電弧動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行數(shù)值求解，實(shí)現(xiàn)了高壓SF_6斷路器開斷過程電弧動(dòng)態(tài)變化的仿真模擬。 高精度有粘、可壓縮、有源、跨音速氣流場(chǎng)求解的研究。針對(duì)高壓SF_6斷路器氣流場(chǎng)求解的復(fù)雜性和特殊性，在對(duì)常用氣流場(chǎng)數(shù)值求解方法應(yīng)用特點(diǎn)分析的基礎(chǔ)上，本文采用改進(jìn)的有限體積TVD格式進(jìn)行斷路器氣流場(chǎng)數(shù)值求解，提高了解的收斂性、準(zhǔn)確性和激波的捕捉能力。在斷路器開斷過程動(dòng)態(tài)電弧特性仿真的基礎(chǔ)上，深入解析了電弧與高速氣流的相互作用機(jī)理，研究了電弧堵塞情況下噴口氣流參數(shù)的變化，電弧與激波的 沈陽工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文 摘要 相互作用等。為進(jìn)一步研究斷路器如何合理利用電弧自身能量有效吹弧，提高斷路器介 質(zhì)恢復(fù)特性等的研究提供了充分的理論基礎(chǔ)。 噴口結(jié)構(gòu)電場(chǎng)/氣流場(chǎng)逆問題求解研究。本文在對(duì)不同噴口結(jié)構(gòu)斷路器短路開斷下 介質(zhì)恢復(fù)特性計(jì)算的基礎(chǔ)上，首次進(jìn)行了基于電場(chǎng)/氣流場(chǎng)的高壓S氏斷路器噴口結(jié)構(gòu)優(yōu) 化設(shè)計(jì)。以噴口型面為優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，以斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性為優(yōu)化設(shè)計(jì)目標(biāo)，采用改 進(jìn)的Powell方法作為噴口優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。并將所求得的優(yōu)化噴口型面結(jié)構(gòu)在空載開斷 下進(jìn)行了介質(zhì)恢復(fù)特性的校核，證明了本文所提出的基于電場(chǎng)/氣流場(chǎng)禍合場(chǎng)逆問題求 解的正確性和有效性。 本文在計(jì)算全程采用了計(jì)算機(jī)圖形可視化支持，形成了集高壓S凡斷路器電弧動(dòng)態(tài) 模型、電場(chǎng)/氣流場(chǎng)禍合求解的計(jì)算分析軟件包。
【學(xué)位單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2003
【中圖分類】：TM561
【部分圖文】：

溫度在n000至13oooK之間變化時(shí)，隨著壓力的升高，電導(dǎo)率也隨之升高;溫度在30000至40oo0K之間變化時(shí)，電導(dǎo)率久j(T，尸，尸，習(xí)隨溫度的升高出現(xiàn)暫時(shí)性的降低，而后呈扁平狀平緩變化趨勢(shì)，變化曲面見圖3.5所示。則任何壓力、溫度變化下的電導(dǎo)率氣j(T，尸，尸，幻可通過其變化分布插值求得。為了克服電導(dǎo)率突變?yōu)榱闼鸬臄?shù)值計(jì)算中的困難，具體計(jì)算中，電導(dǎo)率為零的區(qū)域久j(T，p，尸，習(xí)被設(shè)定為一個(gè)很小的值，文中設(shè)定為1.0xIO一(1/。·m)，進(jìn)一步減小這一數(shù)值對(duì)計(jì)算結(jié)果沒有影響。本文在氣流場(chǎng)計(jì)算中，為真實(shí)反映斷路器開斷過程中壓力、溫度、密度等氣流參數(shù)的變化過程所具有的慣性

度在1000至40000K之間變化時(shí)，修正系數(shù)刀(T，P)隨溫度呈階段性升高趨勢(shì);當(dāng)溫度一定時(shí)，隨著壓力的升高，刀(T，P)略有下降，但下降幅度較低，在不同溫度與壓力下總體變化如圖3.6所示。r創(chuàng)口訓(xùn)映劉p，尸年、、一瀝加拓怕6右石.漁任污口叔冰理戶二丫一UQ捧.目日刀1飯日k圖3.6修正系數(shù)刀(T，P)隨SF6氣體溫度壓力的變化3.4.4湍流方程的選取基于SF6氣體自身的特性，對(duì)斷路器滅弧性能的研究，除考慮粘性的作用以外，湍流所引起的擴(kuò)散、阻力以及能量的耗散和輸運(yùn)，進(jìn)而產(chǎn)生對(duì)斷路器開斷的影響，特別是

房

本文編號(hào)：2807478