高压SF断路器灭弧室绝缘分析及优化设计研究

摘要

随着电力系统的不断发展，系统容量的不断提高，对高压电器行业提出了更高的要求。对断路器灭弧室内电场的计算机辅助计算和分析，不仅可以缩短产品设计周期、减少试验的费用和盲目性，也为设计、研制和开发新产品创造了良好的条件。因此，如何采用先进的计算机技术和科学的计算方法对断路器的电场进行精确的计算成为断路器研究中的主要内容之一。 本文采用有限元法对高压SF<,6>断路器灭弧室内电场分布进行数值仿真求解，计算分析了灭弧室内部动、静触头在开断过程中不同行程下电场分布情况，得到了全场域最大场强所在位置，以及沿动静主触头、弧触头表面的沿面场强分布，研究了灭弧室内部绝缘的主要影响因素，并将仿真结果进行可视化处理。在此基础上进行灭弧室电场逆问题求解，实现灭弧室内部触头结构综合优化设计。在基于电场逆问题求解的灭弧室触头优化设计中分别采用零阶方法和一阶方法，并以动静触头几何结构为优化设计变量，以灭弧室内部电场强度最小为优化设计目标函数，循环迭代次数为优化停止准则，进行灭弧室结构优化设计，实现灭弧室结构综合优化以提高灭弧室电场均匀度。并将优化设计结果与产品结构进行对比分析，证明了优化设计方案的可行性和有效性。另外，本文还对喷口材料和SF<,6>气体含量等因素对高压SF<,6>断路器绝缘的影响进行了数值计算与分析。分析了影响高压SF<,6>断路器灭弧室绝缘性能的各种因素，为改善高压SF<,6>断路器的绝缘特性和产品结构优化设计提供了理论和设计参考依据。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1高压断路器国内外发展现状

1.1.1国外发展现状

1.1.2国内发展现状

1.2高压SF6断路器应用与研究现状

1.3本文研究目的和意义

1.4本文主要研究工作

1.4.1研究对象及主要研究工作

1.4.2论文工作实施进程

1.4.3 采用的方法及手段

2有限元基本原理及在电器电场数值求解中的应用

2.1常用电器电场数值计算方法

2.2有限元分析基本思想

2.2.1有限元电场数值求解的实现

2.2.2有限元法的应用特点

2.3基于ANSYS的电器电场数值求解

2.3.1 ANSYS的功能与应用

2.3.2基于ANSYS的电器电场数值分析进程

2.3.3 ANSYS的参数化设计语言(APDL)

2.3.4基于ANSYS的电器优化设计

3 110kV SF6断路器灭弧室电场数值计算与分析

3.1 SF6断路器灭弧室电场数学模型建立与求解

3.1.1灭弧室轴对称电场数学模型的建立

3.1.2网格剖分

3.1.3施加载荷

3.1.4灭弧室电场数值求解

3.1.5电场数值计算后处理

3.2 SF6断路器灭弧室在不同开距下的电场数值计算

3.2.1 100％开距下SF6断路器灭弧室电场数值计算

3.2.2 80％开距下SF6断路器灭弧室电场数值计算

3.2.3 50％开距下SF6断路器灭弧室电场数值计算

3.2.4 20％开距下SF6断路器灭弧室电场数值计算

3.3在不同开距下SF6断路器灭弧室电场数值计算结果分析

3.3.1 100％开距下SF6断路器灭弧室电场数值计算结果分析

3.3.2 SF6断路器灭弧室在不同开距下的电场计算结果

3.4本章小结

4 110kV SF6断路器灭弧室内部结构综合优化设计

4.1优化设计思想

4.1.1优化设计的基本概念

4.1.2优化设计的步骤

4.1.3优化循环控制方式

4.1.4优化设计结果与分析

4.1.5优化

4.2综合优化设计

4.2.1初始结构的确定

4.2.2优化变量的选取

4.2.3采用零阶优化方法的110kV SF6断路器灭弧室结构优化设计

4.2.4结果对比分析

4.2.5采用一阶优化方法的110kV SF6断路器灭弧室结构优化设计

4.2.6结果对比分析

4.3本章小结

5在不同工作条件下灭弧室电场分析

5.1灭弧气体(SF6和SF6/N2)对断路器电场的影响

5.2喷口材料对断路器电场的影响

5.3本章小结

6结论

参考文献

在学研究成果

致 谢