绝缘气体正极性微观放电仿真及模型参数对放电脉冲的影响

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用于电气设备的绝缘气体主要有空气和六氟化硫(SF6),前者用于外绝缘、后者用于内绝缘。特高压直流输电工程中的电气设备,在运行中其内外绝缘承受着长期工作电压、各种过电压的作用,不可避免的存在气体绝缘的放电、击穿等问题,严重影响直流设备运行的可靠性,故及时掌握空气和SF6的直流放电机理、放电参数对放电脉冲特性的影响等对保障电力系统安稳运行以及完善气体放电理论具有重要意义。本文分析了空气和SF6气体微观放电过程,分别采用流体动力学模型和流体动力学-化学混合模型,建立了二维轴对称针-板几何模型,对空气和SF6气体正极性直流放电过程进行了仿真模拟,研究了放电模型参数对放电脉冲特性的影响机制,并基于SF6气体放电的等离子体化学模块对放电通道内的离子分布和化学反应速率进行深入分析。本文的研究结果表明:空气和SF6正极性直流微观放电的脉冲电流在时域中表现相似,分为电流急速上升、下降以及电流稳定阶段。空气放电脉冲电流时间特性对正离子迁移率较敏感;放电幅值随电离系数、二次电子发射系数增大呈现由衰减向增幅过渡的状态,随正离子迁移率的增加呈现增幅形态。SF6放电与针尖初始粒子数密度关系不大;其放电时间与外加电压呈负相关,与放电通道间距正相关;放电幅值与外电压呈正相关,与放电通道间距负相关。基于SF6放电过程中化学反应的研究,针-板间隙内部的正离子以SF5+为主,负离子以SF6-、F-、SF 5-为主;电子产生和消散几乎发生在同一区域,生成SF6+、SF5+的电子碰撞电离反应速率相差不大,生成F-、SF 6-、SF 5-、SF 4-、F2-、SF 3-、SF 2-的电子吸附化学反应速率逐渐递减。
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