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高压自能式SF6断路器灭弧室内耦合场的仿真与分析

2020-11-22阅读(499)

高压自能式SF6断路器灭弧室内耦合场的仿真与分析

论文摘要

我国从二十世纪八十年代开始,电力工业向大机组、远距离、超高压及交直流并用的方向发展。本世纪是电力工业飞速发展的时期,国内高压开关制造企业和科研工作者必须努力开展设备制造科研工作。高压自能式SF6断路器作为开发研制的主要产品,必须对其核心问题进行深入的研究。自能式SF6断路器是利用电弧阻塞效应即利用电弧本身的能量使压气室内SF6气体的压力升高,在电弧电流过零时产生有效的气吹而熄灭电弧。所以自能式断路器核心问题的研究涉及到电、磁、热、流场等多学科的内容,以其为核心进行灭弧理论的相关研究对提高高压开关行业特别是目前大力发展的特高压行业的理论水平具有重要的现实意义。 本文在与平顶山高压电气股份有限公司合作的“1100kV双断口断路器开断性能及其相关技术研究”项目的平台上,针对自能SF6断路器的工作原理和特点,在磁流体动力学方程基础上建立了适合于自能式SF6断路器开断过程的数学模型,提出了基于区域分解算法利用并行计算模拟技术对灭弧室内的电弧、气流场以及电磁场相耦合的数学模型进行计算仿真;并提出采用格子Boltzmann方法对喷口内电弧等离子区建立LBGK模型进行仿真计算,对电弧与气流的相互作用进行深入的研究。 首先利用现有条件自主建立了适合自能式SF6断路器灭弧室内耦合场求解的微机并行求解系统。并对建立的微机并行求解系统进行了并行运算性能测试,测试结果证明本文建立的微机并行求解系统能够较好的发挥并行计算效率。对PHOENICS软件进行理论算法二次开发,实现了基于微机网络上的灭弧室内耦合场的并行计算求解,保证了计算结果的精确性和计算效率。 将区域分解算法及并行技术相结合,本文建立了适用于断路器开断过程中复杂区域内移动网格技术。在QUICK离散格式基础上给出了带有延迟修正的具有二阶精度的对流离散格式,加入了限制器以保证格式的有界性;采用SIMPLE算法求解压力、速度耦合方程,利用迭代法及压缩存储技术并行求解离散后形成的代数方程组;对电磁场与气流场的耦合求解中的问题进行了处理。在建立的微机集群上对自能式SF6断路器在空载以

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 选题背景
  • 6断路器的发展'>1.2 自能式SF6断路器的发展
  • 1.3 断路器中气吹电弧模型研究概述
  • 1.4 数值技术研究概述
  • 1.5 采用并行计算机和并行计算技术的必要性
  • 1.6 课题的提出及研究内容
  • 第二章 灭弧室耦合场数学模型
  • 2.1 灭弧室内的电弧与气流场数学模型
  • 2.2 辐射项的处理
  • 2.3 微分方程组的统一形式
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 网格生成与数值方法
  • 3.1 网格的生成技术
  • 3.1.1 交界面网格的生成
  • 3.1.2 移动网格技术
  • 3.2 离散方程的推导及计算流场算法
  • 3.2.1 控制方程的积分变换
  • 3.2.2 离散格式
  • 3.3 代数方程组的求解
  • 3.3.1 存储技术
  • 3.3.2 收敛技术
  • 3.4 几个需要处理的问题
  • 3.4.1 时间步长的选取
  • 3.4.2 气流场与电磁场的边界条件处理
  • 3.4.3 弧根的处理
  • 3.5 本章小结
  • 第四章 并行计算机及并行计算技术
  • 4.1 本文建立微机集群的操作、通信系统及网络设置
  • 4.1.1 集群的建立
  • 4.1.2 软件的安装及测试运行
  • 4.2 通信问题
  • 4.3 本文多场耦合的并行计算有关内容
  • 4.3.1 并行技术
  • 4.3.2 多场耦合并行化程序设计
  • 4.4 微机集群的并行性能测试
  • 4.5 本章小结
  • 6断路器空载开断的数值模拟及分析'>第五章 自能式SF6断路器空载开断的数值模拟及分析
  • 6断路器空载开断计算结果与验证'>5.1 126kV自能式SF6断路器空载开断计算结果与验证
  • 6空载开断结果与分析'>5.2 252kV自能式SF6空载开断结果与分析
  • 5.2.1 膨胀室内压力和温度特性
  • 5.2.2 灭弧室内流动参数的分析
  • 5.3 本章小结
  • 第六章 负载开断时灭弧室内的数值模拟及分析
  • 6.1 灭弧室0.7周波燃弧时气流场结果分析
  • 6.2 灭弧室1.2周波时灭弧室内的参数的变化
  • 6.3 喷口内电流过零时电弧参数的变化
  • 6.4 计算结果验证
  • 6.5 本章小结
  • 第七章 喷口电弧气流场的格子Bolzmann法数值模拟
  • 7.1 格子Lattice Boltzmann法简介
  • 7.2 喷口电弧LBGK模型的建立与回归
  • 7.2.1 喷口电弧的LBGK方程的建立
  • 7.2.2 连续方程与N-S方程的回归
  • 7.2.3 能量方程宏观方程的回归
  • 7.3 喷口电弧的宏观方程
  • 7.4 边界处理
  • 7.4.1 本文的边界条件及初始条件
  • 7.5 本文的格子算法程序设计
  • 7.6 本章小结
  • 第八章 喷口电弧的格子Boltzmann法数值模拟结果分析
  • 8.1 大电流燃弧期间电弧气流场特性分析
  • 8.2 计算结果验证
  • 8.3 本章小结
  • 第九章 结论
  • 参考文献
  • 取得的成果
  • 致谢

    • 相关论文文献

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