[发明专利]采用流注先导理论计算断路器弧后电击穿临界电压的方法

说明书

本发明公开了一种采用流注先导理论计算断路器弧后电击穿临界电压的方法，通过建立断路器开断过程中的气体电弧的磁流体动力学仿真模型，计算灭弧室内部弧后某一时刻的温度和压强分布；得到电子能量分布函数，确定不同温度和不同压强下不同气体介质的临界击穿场强；将灭弧室内部弧后某一时刻的温度和压强分布与临界击穿场强，线性差值得到灭弧室内部临界击穿场强分布；计算弧后某一时刻灭弧室内部静电场分布；判断灭弧室内部容易发生弧后电击穿部位，选取断路器灭弧室内部动静触头之间目标路径；根据流注和先导起始判据，计算断路器弧后电击穿临界电压。该方法对弧后介质强度恢复和电弧重燃情况做出评估，适用于不同结构、不同电压等级的断路器。

技术领域

本发明涉及高压开关断路器操作机构技术领域，特别是一种采用流注-先导理论计算断路器弧后电击穿临界电压的方法。

背景技术

断路器开断电流的过程可以分为两个阶段：燃弧阶段和弧后阶段。由于在开断电流过程中的弧后阶段，断路器上会承受暂态恢复过电压，如果此时灭弧室内部的介质强度小于恢复过电压，则有可能发生击穿，如何通过优化灭弧室设计和操作机构的运动特性，来提升其弧后介质恢复强度是目前高压开关领域的一个热点问题。近些年来，由于温室效应的加强，SF₆的使用被逐步限制，1997年各国签订的《京都议定书》中就把它规定为重点关注且未来限制使用的气体，研究SF₆替代气体在高压断路器中应用以及对这些气体开断性能的评估也是高压电器领域目前的热点问题。

目前有一些方法可以间接考察弧后介质恢复强度，李兴文等人在2015年提出了一种SF₆断路器弧后热气体电击穿发生概率的评估方法，在SF₆气体环境中，可以评估灭弧室内各点发生电击穿的概率，但是仍然无法给出具体的击穿电压，从而对介质恢复强度进行量化比较，更无法对不同路径的击穿难易程度进行对比。除此之外，该方法针对的气体介质局限于SF₆气体。近些年来，SF₆气体在电力系统设备中逐步被C4-PFK、C4-PFN、C5-PFN等强电负性气体以及CO₂、N₂等常规气体替代。强电负性气体往往具有很高的毒性，不能够单独使用，单一常规气体的介质强度和灭弧能力又远不及SF₆，因此高压电器领域常见的解决方案是利用常规气体与强电负性气体混合使用。也有研究表明，提高充气压力可以提升气体的开断能力。

因此，目前急需一种可以针对不同气体介质、不同结果断路器的方法对弧后介质恢复强度进行量化评估从而确定混合气体的种类、最佳的比例以及使用时的充气压力等，显然，只考虑灭弧室内部各点的击穿概率是远远不够的，而进行实验得出临界击穿电压的方式需要花费大量人力物力。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种采用流注-先导理论计算断路器弧后电击穿临界电压的方法，该方法能够针对不同气体、不同断路器结构，针对具体路径通过仿真计算其临界击穿场强，该方法通过弧后阶段的温度和压强分布，可以计算其临界电击穿电压，从而对弧后介质强度恢复和电弧重燃情况做出评估。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

本发明提供了一种采用流注先导理论计算断路器弧后电击穿临界电压的方法，包括：

考虑在给定温度和压强范围下不同气体组分，得到真实不同气体的物性参数；

利用数据库生成真实气体模型，建立断路器开断过程中的气体电弧的磁流体动力学仿真模型，计算灭弧室内部弧后某一时刻的温度和压强分布；

通过波尔兹曼方程求解得到电子能量分布函数，确定不同温度和不同压强下不同气体介质的临界击穿场强E_cr,data；

将灭弧室内部弧后某一时刻的温度和压强分布与临界击穿场强，利用线性差值得到某一时刻灭弧室内部临界击穿场强E_cr分布；