摘要：喷口优化设计目标函数的首取应是介质恢复特性。在喷口优化设计这一逆问题求解中,涉及到机构动力学,气流场和电场的大量计算,耗时巨大成为喷口优化的瓶颈问题,解决此问题须研究一些有效措施。本文给出了两种措施:其一是在介质恢复特性的数值模拟上采用机构动力学、气流场、电场的耦合计算;其二是在耦合数值模拟中采用并行计算技术。在并行计算的研究中,构建了以两台和三台计算机构成的并行机群系统,根据对SF6高压断路器介质恢复特性数值模拟所涉及的数值计算性质,研究了并行计算的环境问题、数据通信问题、网格剖分对并行计算的影响等问题;负载匹配及平衡与不平衡负载对计算效率的影响等问题。研究结果给出了对SF6断路器空载开断下介质恢复特性的全自动实时的数值模拟方法,为在开展喷口优化设计中采用并行计算技术奠定了基础。

摘要：为提高电磁斥力高速开断器(HERI)的介质恢复性能,设计了石英砂灌装开断器的结构方案。搭建了包含电流回路、自然换流回路以及高压回路的介质恢复试验电路,在换流电流峰值为2.4 kA(上下波动范围<3%)、介质恢复时间为60μs、加载高压为1.5 kV的电气参数条件下,完成了有、无石英砂2种方案的介质恢复性能对比试验。试验结果表明,灌装石英砂后的HERI分断速度比未灌装石英砂时降低了21.2%;然而,由于灌装的石英砂可以冷却电极,且增加了开断器腔体内的压力,因此其介质恢复强度不降反升,说明灌装石英砂的HERI方案具有更好的介质恢复性能。

摘要：为了提高电磁斥力高速开断器的介质恢复特性,在建立电磁斥力高速开断器斥力仿真模型的基础上,优化了外部驱动电路的电气参数,获取了可以将开断速度提升至37.2 m/s的参数方案,这个速度与爆炸辅助开断速度相当。设计了包含电流回路、强迫换流回路以及高压回路的强迫换流型介质恢复试验电路,完成了21.6、37.2 m/s这2种开断速度条件下的介质恢复性能分析试验,并将试验结果进行对比。另外,对介质恢复过程进行了高速摄像。试验示波图和照片说明,所提电磁斥力高速开断器斥力仿真模型是正确的,提升开断速度可以有效优化电磁斥力高速开断器的介质恢复特性。

摘要：高压SF6断路器喷口结构对断路器开断特性影响极大。在已取得的SF6断路器喷口中的湍流及其对介质恢复特性影响的前期研究成果基础上,充分考虑利用湍流对喷口内超音速气体流速的控制作用,来提高介质强度恢复速度的思想。以具有多级放-收的550kVSF6断路器为研究对象,以其喷口型面结构参数为优化变量,采用POWELL算法并加以改进作为优化策略,实现对喷口结构的优化设计。对优化后喷口结构在空载开断下的数值模拟结果表明,其介质恢复特性满足冷气流开断特性要求。

摘要：高压SF_6断路器弧后介质恢复特性机理研究是断路器设计制造的基础性科学问题,对断路器开断、压气、绝缘等性能具有重要影响。该文基于库伦碰撞能量平衡方程与双温度电离平衡方程建立介质绝缘强度恢复数学模型,充分考虑双温度条件下电子与重粒子间的能量传递数学关系,动态表征带电粒子的电离与附着过程。通过对数学模型的求解,给出不同电场、压强下的电子温度和密度变化曲线,求解不同工况下的击穿场强值。针对126kV SF6断路器数值计算介质恢复过程中的粒子变化与击穿电压值,分析断路器压气过程对介质恢复过程的影响,给出开断速度对介质恢复机理的作用规律。搭建断路器空载介质恢复特性动态击穿过程试验电路,测量开断过程不同开距下的击穿电压值。通过对计算结果的分析可以看出,该文提出的介质恢复数学模型计算结果与试验结果相近,流注理论计算结果要大于试验结果。充分分析开断速度对断路器开断介质恢复特性的影响可以看出,开断速度选择9.62m/s符合断路器开断要求。

摘要：准确的气体状态参数是计算灭弧室气流特性的关键,对SF6断路器的优化设计有重要意义。联合求解实际气体Redlich-Kwong状态方程与流场控制方程,依据Leslie ***焓流电弧模型与等离子体微观参数建立非平衡态电弧能量动态模型,对40.5 kV电容器组SF_6气体断路器灭弧室进行冷态与热态气流场分析,在空载与容性小电流开断条件下,得到灭弧室内气体的压强、密度、温度分布。在开断过程中分析断路器的压力特性,通过电场与气流场的耦合计算得到弧触头间电弧熄灭后的介质恢复特性曲线。计算结果表明：Redlich-Kwong状态方程的计算误差可低至2.11%,与理想气体状态方程相比,采用Redlich-Kwong状态方程进行计算具有更高的准确度。气体流速较大时,气体状态方程对气体压强的影响较大,实际气体状态方程得到的气体压强高于理想气体。断路器开距〉7 mm后,电场强度最大值下降速度趋于平缓。断路器在开断容性小电流时,如果开断相角分别为1/10π、1/5π、3/10π、2/5π、1/2π,计算得相应燃弧时间分别为0.6、0.73、1.8、2.9、3.7 ms,存在提前熄弧现象。熄弧后断口间击穿电压始终高于瞬态恢复电压值,能够成功开断电弧不出现重燃,为获得较高的击穿裕度,开断相角应大于1/5π。

摘要：设计了包含电流回路、自然换流回路以及高电压回路的10 kV/10 kA试验系统,用于高速开断器的介质恢复试验。分析得出了高速开断器对于试验系统提出的需求:为试品制造人工电流过零点,且在所要求的介质恢复时间内一直维持电流过零点;电压源需要模拟灭弧熔断器的弧压;介质恢复开始后,经过指定的延时后再投入电压源。分析了电流回路的电气参数,确定了参数选取方案;提出了自然换流回路中避雷器的选型依据;总结了串联二极管组件的反向截止规律,进行了高电压回路点火球隙的性能试验。系统调试结果证实了该介质恢复试验系统具备了完成额定10 kV/10 kA高速开断器介质恢复试验的能力。

摘要：特高压电容器组断路器开断电气寿命要求3 000~5 000次,频繁的投切操作使得断路器弧触头烧蚀磨损严重,直接影响断路器开断性能及电气寿命。为寻求弧触头烧蚀程度对断路器开断特性的影响规律,从断路器灭弧室绝缘特性和压气特性两方面开展研究。针对特高压电容器组断路器额定1 600 A电流开断工况,给出最佳的开断策略和弧触头所能承受的最大烧蚀程度。结果表明:弧触头烧蚀程度越大,开断电流值越大,弧后发生重燃的几率越大;弧触头所能承受的最大烧蚀角为82°;为保证弧后不发生重击穿,燃弧时间应小于2 ms,开断相角应在[0,0.8π]∪[π,1.8π]。研究结果可直接用于特高压电容器组开关的设计研发。