SF_6高压断路器压力特性与机械特性耦合数值模拟_图文

1、 第 15 期 魏俊梅等： SF6 高压断路器压力特性与机械特性耦合数值模拟 115 缸内压力最大值为 3.34MPa。短燃弧、中燃弧和长 燃弧时由于压气缸内气体压力较高，与喷口下游区 气体压力比值较大，所以在开断过程中上下喷口内 均出现了音速吹弧，且随着燃弧时间的增长，音速 吹弧的时间也相应增长。断路器在开断过程中真正 起作用的是电流过零后的音速吹弧持续时间；对比 短燃弧、中燃弧和长燃弧电流过零后的音速吹弧持 续时间，发现中燃弧电流过零后的音速吹弧持续时 间较长，这表明了该断路器开断该燃弧时间左右的 电弧较为容易，这也非常符合断路器中燃弧最易开 断的特点。从图 8 不同开断情况压气缸内气体质

2、量 的变化过程可以看出：在断路器开断过程中，压气 缸内 SF6 气体质量逐渐减少，即从上下喷口流出， 但随着燃弧时间的增长，断路器压气缸内 SF6 气体 质量的下降梯度均有所下降，特别是在电弧电流较 大区域，压气缸内气体质量的变化均现“平坦”趋 势，这充分体现了电弧对喷口的堵塞效应。结合图 8 和 9，在断路器分闸的起始阶段，压气缸内 SF6 气体的 总 焓随着 压气 缸内气体质量的 缓慢减 少 而 缓慢下降；但随着电弧的出现，压气缸内 SF6 气体 的质量虽然随着上下喷口的打开仍在 “缓慢” (缓慢 是相对于焓的增长速度减少， 但压气缸内 SF6 气体 的总焓却随着电弧能量的回灌而出现大幅飘

3、升，特 别是 T100s 长燃弧情形，随着电弧电流 2 个峰值的 出现，总焓也相应出现了 2 个峰值；之后随着行程 的增大，电弧电流及直径的减小，气吹通道的进一 步通畅，压气缸内 SF6 气体的质量和总焓也快速减 少。同样由于当电弧存在时大量电弧能量的回灌， 压气缸内 SF6 气体温度和压力出现如图 10 和图 11 所示的变化趋势。从图 12 不同开断情况操动机构 行程曲线的对比可以看出，随着燃弧时间的增长， 操动机构的行程曲线在燃弧区间速度均有所下降； 其原因就在于当电弧存在时，由于电弧作用，压气 缸内气体压力上升很多，对操动机构的反力增大， 从而导致操动机构速度变慢；该 4 条曲线的对比

4、充 分 体 现 了 压气 缸内气体压力对操动机构机械特性 的影响。 （ 2） 对 126kV/40kA SF6 高压断路器空载、 T100s 3 种燃弧方式开断压气缸内压力建立过程进 行了详细计算；对比了开断电弧对压气缸内气体压 力、温度、焓和质量的变化及操动机构行程曲线的 影响。 参考文献 1 Okamoto M，Ishikawa M，Suzuki K，et alComputer simulation of phenomena associated with hot gas in puffer type gas circuit breakerJ IEEE Transaction on Pow

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6、 the CSEE，2003，23(6：128-131(in Chinese 韩书谟，徐国政 ，唐冬 之，等自能式 SF6 断路器开断过程的 分析 J清华大学学报(自然科学版，2000，40(7：8-11 Han Shumo， Xu Guozheng， Tang Dongzhi， et al Interruption process analyses of a self extinguishing type SF6 circuit breakerJJournal of Tsinghua University(Sci&Tech，2000，40(7：8-11(in Chinese 4 张文

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9、in arc-quenching chamber of high voltage circuit breakerJ High Voltage Apparatus，2002，38(1：14-18(in Chinese 8 9 李诗久工程流体力学M北京：机械工业出版社，1981 Hermann W ， Ragaller K Theoretical description of the current interruption in gas blast breakerJ IEEE Trans. on PAS ， 1977， 96(5： 1546-1555 10 刘晓明，曹云东 ，王尔智高压 SF6

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12、特性和机械特性的耦合数值分 析计算方法，这对于 SF6 高压断路器开发过程中开 断性能的整体分析和优化设计非常重要。 PDF 文件使用 "pdfFactory Pro" 试用版本创建 116 中 国 电 机 工 程 学 报 第 27 卷 13 王其平电器电弧理论M北京：机械工业出版社，1991 14 王连鹏，王尔智 SF6 断路器空载 开断下液 压操动机构与灭弧室联 合仿真研究J中国电机程学报，2005，25(5：118-123 Wang Lianpeng，Wang ErzhiInvestigation of joint simulation under noload br

13、eaking for hydraulic actuator and arc-quenching chamber of SF6 circuit breakerJ Proceedings of the CSEE ， 2000， 25(5： 9-13(in Chinese 15 苑舜 高压断路器 液压操动机构M 北京： 机械工业出版 社， 2000 16 李庆扬，王能超，易大 义数值分析 M武汉：华 中科技大 学出 版社，1986 17 胡健伟， 汤怀民 微 分方程数值方法M 北京： 科学 出版社 ， 1999 18 曹云东，刘晓明 ，王尔智能量流电弧模 型及 SF6 断路器在短 路开 断下的应用研究J中国电机工程学报，2005，25(2：93-96 Cao Yundong， Liu Xiaoming， Wang Erzhi Energy flow arc modelling and applied investigation in short circuit breaker interrupting for SF6 circuit breakerJProceedings of the C