專利名稱：一種SF₆ 斷路器弧后熱氣體電擊穿發(fā)生概率的評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體涉及一種評估SF6斷路器弧后熱氣體電擊穿發(fā)生概率的方法。
背景技術(shù)：
六氟化硫(SF6)氣體由于具有優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，已被廣泛應(yīng)用于高壓氣體斷路器(GCB)中。在SF6斷路器大容量、小型化的發(fā)展過程中，一個突出的問題就是如何通過滅弧室的優(yōu)化設(shè)計及其與操作機構(gòu)的匹配，來提高弧后介質(zhì)恢復(fù)強度、降低重燃概率。 近年來，國內(nèi)外對SF6開關(guān)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(shè)計與優(yōu)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)ra的理論計算進行了研究。盡管評估高壓斷路器弧后介質(zhì)電擊穿特性對于產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種評估SF6斷路器弧后熱氣體電擊穿發(fā)生概率的方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—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(I)通過求解Boltzmann方程,得到電子能量分布函數(shù)(EEDF),進而確定不同溫度和壓強下SF6氣體的臨界擊穿場強Era。(2)通過SF6電弧的MHD仿真分析，確定弧后滅弧室內(nèi)壓強和溫度分布。(3)比較滅弧室內(nèi)各點處由恢復(fù)電壓引起的場強Ea與相應(yīng)溫度和壓強下SF6的Era，可確定滅弧室內(nèi)各點發(fā)生電擊穿的概率。步驟(I)中為提高計算精確度，SF6氣體的臨界擊穿場強Era由其相應(yīng)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。


圖I是SF6氣體折合臨界擊穿場強(E/N)ra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)ra隨溫度的變化；圖4是由(E/N) cr確定的相應(yīng)氣壓下SF6氣體E。，隨溫度的變化；
圖5是滅弧室內(nèi)燃弧過程中的溫度分布；圖6是弧后80 μ s滅弧室內(nèi)壓力和溫度分布；圖7是弧后80 μ s滅弧室內(nèi)Ε。,和Ea的等值線；圖8是弧后80 μ s滅弧室內(nèi)Ea/Era的等值線。
具體實施例方式下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施過程進行說明。本發(fā)明對SF6斷路器弧后熱氣體電擊穿特性評估的步驟如下(I)通過求解Boltzmann方程,得到電子能量分布函數(shù)(EEDF),進而確定不同溫度 和壓強下SF6氣體的臨界擊穿場強Era。圖I為SF6氣體折合臨界擊穿場強(E/N)ra的計算流程圖，現(xiàn)詳述如下采用電子在6維相空間的分布函數(shù)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(shù)f (r, V, t)滿足Boltzmann方程^ +--E^J = Cjfi(12)
dtme式中，V為電子速度，e為電子電荷量，1 為電子質(zhì)量，E為電場，Vv為速度梯度運算符，C為與f有關(guān)的碰撞項。首先在球坐標系內(nèi)將分布函數(shù)做Legendre多項式展開f (V，cos Θ，z，t) =f0 (V，z, t) +f\ (V，z, t) cos θ(13)式中，&為f的各向同性部分，為各向異性擾動，θ為電子速度方向與電場方向的夾角。此外，f滿足下面歸一化條件JJJ fei3v - 4龍j"。fQv2dv - ne(14)式中，116為電子數(shù)密度。將式(2)代入式(I),分別乘以Legendre多項式(I或cos Θ ),并對cos Θ積分得到兩個一階偏微分方程+二 C0(I.)
Cl 3 & 3 5￡· ! 0— + γε· — — Εγει/1 — = -NamYSl11 fx(16) dt dz ds式中，Y = (2e/me)1/2，電子能量ε = (v/Y )2，Ctl為影響&的碰撞項，。m為總碰撞截
面，~ = ΣΧλ·σλ , Xk為目標組分的摩爾分數(shù)，σ k為碰撞k的碰撞截面。
k釆用分離變量法將上述兩個方程合并，可以得到一個f的對流-擴散連續(xù)方程-^{Wf-1)^-)=8(17)
3εδε其中，W = -γε2σ -
權(quán)利要求
1.一種評估SF6斷路器弧后熱氣體電擊穿發(fā)生概率的方法，其特征在于，按照下述步驟進行 (1)確定不同溫度和壓強下SF6氣體的臨界擊穿場強Era； (2)通過建立SF6電弧的磁流體動力學(MHD)仿真分析，確定弧后滅弧室內(nèi)壓強和溫度分布； (3)比較滅弧室內(nèi)各點處由恢復(fù)電壓引起的場強Ea與相應(yīng)溫度和壓強下SF6的Era，確定滅弧室內(nèi)各點發(fā)生電擊穿的概率大小Ea/Era。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述步驟(I)具體為 (1-1)求解電子在6維相空間的分布函數(shù)f Cr, V, t) 采用電子在6維相空間的分布函數(shù)在速度空間的兩項近似來求解Boltzmann方程，電子在6維相空間的分布函數(shù)f Cr, V, t)滿足Boltzmann方程
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)具體為 采用二維軸對稱電弧模型來進行MHD仿真，控制方程如下
全文摘要
本發(fā)明提出一種評估SF6斷路器弧后熱氣體電擊穿發(fā)生概率的方法，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(shù)(EEDF)，進而確定不同溫度和壓強下SF6氣體的臨界擊穿場強Ecr；2)通過SF6電弧的MHD仿真分析，確定弧后滅弧室內(nèi)壓強和溫度分布；3)比較滅弧室內(nèi)各點處由恢復(fù)電壓引起的場強Ea與相應(yīng)溫度和壓強下SF6的Ecr，可評估滅弧室內(nèi)各點發(fā)生電擊穿的概率。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。
文檔編號G06F19/00GK102789548SQ201210243060
公開日2012年11月21日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者姜旭, 李興文, 賈申利, 趙虎 申請人:西安交通大學