高压SF6断路器介质恢复特性及其影响因素研究

高压SF6断路器的绝缘性能和开断特性研究是高压断路器理论研究和产品开发的重要内容。其研究主要包括：灭弧室电场与气流场的数值分析，开断过程中多物理场耦合求解以及电弧动态模型的建立等问题。 本文以550kV单断口SF6断路器为研究对象，采用有限元法对断路器灭弧室开断全程不同开距下静电场进行分析计算。并通过比较五种不同形状喷口结构的灭弧室电场分布，分析了不同喷口结构对动静弧触头表面电场强度的影响。 SF6断路器气流场属于可压缩、非定常、有粘性、有粘、跨音速的流场问题，且在开断过程中存在湍流和激波等复杂流动现象，针对550kV单断口SF6断路器气流场求解的特点，采用动态分层法网格及网格滑移技术，利用有限体积法对断路器气流场进行了数值模拟，得到了三级喷口结构的灭弧室内速度、马赫数及压力随时间及空间的动态变化。 通过对静电场和气流场的耦合，采用流注理论，计算并比较了五种不同喷口结构断路器的冷态介质恢复特性。定量分析表明，在开断过程中静弧触头表面电场强度、喷口结构以及激波的位置均是影响冷态介质恢复特性的关键因素。并根据开断过程介质强度位置确定了断路器结构优化设计的关键部位一静弧头端部、喷口型面缩放和喉部尺寸。 在断路器开断短路电流介质恢复特性的分析中，根据断路器开断时电弧动态变化以及电弧在燃弧期间会烧蚀触头产生金属铜蒸气，电弧热力学特性和输运特性均不同于纯SF6电弧的特点，本文采用改进等效单元体法动态电弧数学模型。在电弧不同燃弧阶段采用动态变化的电导率和辐射系数。对断路器开断过程中电弧的演变及电弧与气流的相互作用进行数值模拟，分析了开断过程中温度场、压力场、速度场随时间和空间的动态变化，计算并分析了断路器开断短路电流下介质恢复特性。