[發明專利]一種SF6 斷路器弧后熱氣體電擊穿發生概率的評估方法

有效

• 申請號: 201210243060.7
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102789548A
• 公開（公告）日: 2012-11-21
• 發明（設計）人: 李興文;賈申利;趙虎;姜旭
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域：

本發明涉及電力電子領域，具體涉及一種評估SF₆斷路器弧后熱氣體電擊穿發生概率的方法。

背景技術：

六氟化硫(SF₆)氣體由于具有優良的絕緣和滅弧性能，已被廣泛應用于高壓氣體斷路器(GCB)中。在SF₆斷路器大容量、小型化的發展過程中，一個突出的問題就是如何通過滅弧室的優化設計及其與操作機構的匹配，來提高弧后介質恢復強度、降低重燃概率。

近年來，國內外對SF₆開關電弧的磁流體動力學(MHD)仿真做了大量工作，為高壓斷路器設計與優化提供了一種非常有效的方法。另一方面，為進一步研究零點附近的電弧特性，特別針對其電擊穿特性，一些學者對折合臨界擊穿場強(E/N)_cr的理論計算進行了研究。

盡管評估高壓斷路器弧后介質電擊穿特性對于產品的優化設計和性能提高的非常重要，但目前還沒有SF₆斷路器弧后熱氣體電擊穿特性的有效評估方法或手段。

發明內容：

本發明要解決的技術問題是提供一種評估SF₆斷路器弧后熱氣體電擊穿發生概率的方法。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：

一種評估SF₆斷路器弧后熱氣體電擊穿特性的方法，其特征在于按照下述步驟進行：

（1）通過求解Boltzmann方程，得到電子能量分布函數(EEDF)，進而確定不同溫度和壓強下SF₆氣體的臨界擊穿場強E_cr。

（2）通過SF₆電弧的MHD仿真分析，確定弧后滅弧室內壓強和溫度分布。

（3）比較滅弧室內各點處由恢復電壓引起的場強E_a與相應溫度和壓強下SF₆的E_cr，可確定滅弧室內各點發生電擊穿的概率。

步驟（1）中為提高計算精確度，SF₆氣體的臨界擊穿場強E_cr由其相應壓強下的折合臨界擊穿場強(E/N)_cr確定，電弧MHD仿真分析采用真實氣體模型。

該方法對于是否采用聚四氟乙烯（PTFE）噴口材料的SF₆斷路器的弧后電擊穿特性評估均適用，為SF₆高壓斷路器弧后電擊穿特性的評估提供了一種有效的方法。

附圖說明：

圖1是SF₆氣體折合臨界擊穿場強(E/N)_cr的計算流程圖；

圖2是SF₆高壓斷路器弧后電擊穿概率評估流程；

圖3是計算得到的不同氣壓下SF₆氣體(E/N)_cr隨溫度的變化；

圖4是由(E/N)_cr確定的相應氣壓下SF₆氣體E_cr隨溫度的變化；

圖5是滅弧室內燃弧過程中的溫度分布；

圖6是弧后80μs滅弧室內壓力和溫度分布；

圖7是弧后80μs滅弧室內E_cr和E_a的等值線；

圖8是弧后80μs滅弧室內E_a/E_cr的等值線。

具體實施方式

下面將結合附圖對本發明的實施過程進行說明。

本發明對SF₆斷路器弧后熱氣體電擊穿特性評估的步驟如下：

（1）通過求解Boltzmann方程，得到電子能量分布函數(EEDF)，進而確定不同溫度和壓強下SF₆氣體的臨界擊穿場強E_cr。圖1為SF₆氣體折合臨界擊穿場強(E/N)_cr的計算流程圖，現詳述如下：

采用電子在6維相空間的分布函數在速度空間的兩項近似來求解Boltzmann方程。由等離子體動力學理論可知，電子在6維相空間的分布函數f(r,v，t)滿足Boltzmann方程：