本文结合新东北电气（沈阳）高压开关有限公司800kV超高压SF₆断路器的科技攻关项目,建立了断路器开断过程中灭弧室内静电场、二维气流场的数学模型;对灭弧室式的内部结构进行分析和改进,同时有效地解决了原二维气流场计算软件无法计算有载开断的难题,具有较强的工程实用性。 本课题是根据研制开发800kV超高压SF₆断路器的需要,对断路器的电场和气流场分布进行理论计算和数值分析,最终得到超高压SF₆断路器开断过程中介质恢复特性。高压SF₆断路器开断过程中介质恢复特性的准确计算是对断路器开断特性研究的一个重要方面。介质恢复特性的研究是一个十分复杂的过程,涉及到多种物理场的共同作用。其中最主要的是气流场和电场的影响,因此本文对介质恢复特性研究主要是针对气流场和电场进行的。 首先利用ANSYS计算软件对灭弧室结构模型进行了全场域的电场分布计算,根据计算结果对灭弧室内部结构进行了改进设计,并通过了试验进行验证。在气流场计算过程中,本课题针对所研究的具体结构模型,首先建立气流场的数学模型,利用商用软件PHOENICS进行气流场计算模拟。利用该软件对小电流开断过程中灭弧室内的气流特性进行计算,分析压气室和喉部的气体压力的变化特性,气流场中气体压力、速度和密度随时间及空间的分布特性,得到小电流情况下灭弧室内部气体流动的规律。通过改变灭弧室内部的结构参数,分析计算结构参数的改变对小电流情况下的气流特性的影响。其中气流场特性的分析也包括对断路器带负载情况的计算。说明了压气室压力上升的机理。分析了电流过零时喷口内电弧参数变化的原因,此外,从理论上对所研究的断路器的开断性能进行了分析。为超高压SF₆断路器的研制与开发提供理论依据。 在对800kV SF₆断路器开发的过程中,采用了增加了额定气体的压力,提高了开断速度,使压气缸直径最佳化,喷口直径最佳化等措施。同时考虑了喷口形状和喷口下游侧热气流通道对开断性能的影响。