發(fā)布時間：2020-08-28 10:42

　　 本世紀初的幾十年是我國電力事業(yè)迅猛發(fā)展的時期。由于發(fā)電、用電地域之差，決定了我國輸變電行業(yè)將面臨巨大的挑戰(zhàn)和艱巨的任務。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，其產品的研究涉及電、磁、熱、機等多學科內容，以其為核心而進行相關理論的研究對提高開關行業(yè)的理論水平具有重要現(xiàn)實意義。 本文在閱讀了大量國內外參考文獻資料的基礎上，歸納總結了國內外高壓SF_6斷路器的眾多專家學者的研究成果，從高壓SF_6斷路器的應用現(xiàn)狀和當前研究的熱點、難點問題出發(fā)，結合國內高壓SF_6斷路器的發(fā)展需求，進行了部分關鍵技術問題的研究。 高壓SF_6斷路器三維電場仿真以及數(shù)值求解方法的研究。對于高壓SF_6斷路器以及其它的開關電器來說，絕緣性能分析是最基本也是最為重要的環(huán)節(jié)，而基于電場的數(shù)值計算是絕緣設計的重要途徑。對于含有多重介質、復雜結構的高壓SF_6斷路器，通過構造合理的數(shù)學模型，研究高精度、高求解效率的電場數(shù)值求解方法是解決問題的關鍵。本文針對高壓SF_6斷路器的實際產品結構，采用傳統(tǒng)模擬電荷法進行斷路器3D電場數(shù)值分析。并在此基礎上，針對傳統(tǒng)模擬電荷法在具體應用過程中人為干預的問題，首次將遺傳算法引入模擬電荷法的布點設計中，提出了智能優(yōu)化模擬電荷法的新方法，并對具體實例進行電場數(shù)值求解，驗證其可行性和有效性。同時，實現(xiàn)了有限元和模擬電荷法耦合求解無限遠場域問題，提出了實現(xiàn)無界場域電場的高精度數(shù)值求解的一種新思路。 動態(tài)電弧模型的建立以及開斷過程電弧動態(tài)特性的研究。電弧動態(tài)模型的準確建立對于研究分析高壓SF_6斷路器的介質恢復特性和開斷性能是必不可少的關鍵問題。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態(tài)電弧模型及其與氣流場耦合的物理數(shù)學模型。對電流零前、過零期間以及零后的電弧動態(tài)變化進行數(shù)值求解，實現(xiàn)了高壓SF_6斷路器開斷過程電弧動態(tài)變化的仿真模擬。 高精度有粘、可壓縮、有源、跨音速氣流場求解的研究。針對高壓SF_6斷路器氣流場求解的復雜性和特殊性，在對常用氣流場數(shù)值求解方法應用特點分析的基礎上，本文采用改進的有限體積TVD格式進行斷路器氣流場數(shù)值求解，提高了解的收斂性、準確性和激波的捕捉能力。在斷路器開斷過程動態(tài)電弧特性仿真的基礎上，深入解析了電弧與高速氣流的相互作用機理，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)大學博士學位論文 摘要 相互作用等。為進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 質恢復特性等的研究提供了充分的理論基礎。 噴口結構電場/氣流場逆問題求解研究。本文在對不同噴口結構斷路器短路開斷下 介質恢復特性計算的基礎上，首次進行了基于電場/氣流場的高壓S氏斷路器噴口結構優(yōu) 化設計。以噴口型面為優(yōu)化設計變量，以斷路器介質恢復特性為優(yōu)化設計目標，采用改 進的Powell方法作為噴口優(yōu)化設計方法。并將所求得的優(yōu)化噴口型面結構在空載開斷 下進行了介質恢復特性的校核，證明了本文所提出的基于電場/氣流場禍合場逆問題求 解的正確性和有效性。 本文在計算全程采用了計算機圖形可視化支持，形成了集高壓S凡斷路器電弧動態(tài) 模型、電場/氣流場禍合求解的計算分析軟件包。
【學位單位】：沈陽工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2003
【中圖分類】：TM561
【部分圖文】：

溫度在n000至13oooK之間變化時，隨著壓力的升高，電導率也隨之升高;溫度在30000至40oo0K之間變化時，電導率久j(T，尸，尸，習隨溫度的升高出現(xiàn)暫時性的降低，而后呈扁平狀平緩變化趨勢，變化曲面見圖3.5所示。則任何壓力、溫度變化下的電導率氣j(T，尸，尸，幻可通過其變化分布插值求得。為了克服電導率突變?yōu)榱闼鸬臄?shù)值計算中的困難，具體計算中，電導率為零的區(qū)域久j(T，p，尸，習被設定為一個很小的值，文中設定為1.0xIO一(1/。·m)，進一步減小這一數(shù)值對計算結果沒有影響。本文在氣流場計算中，為真實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，修正系數(shù)刀(T，P)隨溫度呈階段性升高趨勢;當溫度一定時，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，湍流所引起的擴散、阻力以及能量的耗散和輸運，進而產生對斷路器開斷的影響，特別是

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本文編號：2807478