[发明专利]一种SF6

说明书

本发明公开以一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，首先在COMSOL Multiphysics中构建SF₆断路器灭弧室内部二维轴对称结构模型；然后对构建的结构进行有限元网格剖分和材料属性添加；其次添加模型物理场设置及边界条件，并进行瞬态求解器的配置；最后根据计算结果分析灭弧室内SF₆气体的速度、温度、压力、电磁场和电弧特性的演变规律。本发明建立了一种中高压下SF₆断路器触头工作过程电弧放电理论计算方法，仿真分析了灭弧室内电弧变化内在机理，对SF₆断路器的理论分析和试验研究提供了基础。

技术领域

本发明属于仿真计算技术领域，涉及基于实验测试得到的材料参数与多物理场有限元数值仿真技术，具体来说是一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法。

背景技术

六氟化硫断路器是利用六氟化硫(SF₆)气体作为灭弧介质和绝缘介质的一种断路器，目前已广泛用于超高压大容量电力系统，是目前国家电网40.5kV无功补偿电容器组专用断路器之一。随着计算机性能普遍提高和科研设备的发展，对SF₆断路器灭弧室内物理特性采用数值模拟分析，能够直观地观察断路器在整个开启过程中空间物理场的变化程度，仿真分析为开关的设计提供理论依据，减少盲目性，节省试验费用，缩短开发周期。

针对SF₆断路器的研究较为常见的数值分析方法包括模拟电荷法、表面电荷法、有限元法、有限差分法等方法。然而，有限差分法在复杂灭弧室几何结构的求解方面受到制约，难以收敛；模拟电荷法与表面电荷法均属于边界分割法，对于场域物理特性分析缺乏有效的计算，且自身求解要求极高，对多重介质和薄电极处理存在局限性；基于有限元法的SF₆断路器研究能够定量描述、对比分析物理量分布，例如张朝科等人利用有限元法计算40.5kV SF₆灭弧室内不同位置的电场强度分布，刘晓明等人采用有限元数值仿真实现了对SF₆灭弧系统单断口与双断口的触头截面电场强度分析，陈亚林通过有限元法仿真分析了550kV SF₆终端中有无悬浮电极时的电场分布。但目前这类仿真研究仅限于SF₆灭弧室电场或某单一物理场数值研究，难以对气流场、磁场、温度场、电场、电流场、发热量等多重物理场的耦合作用进行同步求解。

发明内容

针对以上存在的问题与不足，本发明提供了一种SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，基于实测数据和多物理场瞬态仿真技术耦合，采用有限元数值仿真方法和动态网格技术，分析灭弧室内SF₆气体的速度、温度、压力、电场、磁场和电弧特性的演变规律，适用于SF₆断路器触头开启过程灭弧室内等离子体的速度、温度、压力、电场和电弧特性的分析评估。

本发明SF₆断路器触头开启过程电弧等离子体多物理场有限元仿真分析方法，通过下述步骤完成：

步骤1：在COMSOL Multiphysics中构建SF₆断路器灭弧室内部几何结构，模拟触头打开瞬间等离子体电弧放电过程。

步骤2：对构建的SF₆断路器灭弧室内部几何结构进行有限元网格剖分和材料属性添加。

步骤3：添加模型物理场设置及边界条件，并进行瞬态求解器的配置。

步骤4：根据计算结果分析灭弧室内SF₆气体的速度、温度、压力、电磁场和电弧特性的演变规律。

本发明的优点在于：