SF6/N2混合气体流注放电机制的计算机仿真

作     者：王湘汉 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪沨

授予年度：2008年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 

主      题：气体介质 绝缘 流注 仿真 通量校正传输法 

摘      要：SF以其优异的物化性能,已成为电力行业中广泛使用的重要熄弧及绝缘介质。但SF是一种温室气体,已经被1997年通过的《京都议定书》列为全球管制使用的六种气体之一,因此,近年来寻找SF替代气体的研究工作成为各国科学家和电力部门需要解决的迫切问题。本文的主要工作就是对SF/N2混合气体这一目前最有可能替代SF的气体介质的放电过程进行仿真模拟,以期能够更加深刻理解该类气体介质的放电机制,进而为后续以该类气体为绝缘介质的电力设备的绝缘设计提供必要的理论支持。 本文采用含电子、正离子和负离子的连续方程对不同SF含量的混合绝缘气体的放电过程进行建模,通过耦合泊松方程来解决空间电荷对电场的畸变影响。使用通量校正传输法(Flux-CorrectedTransport,FCT)对连续方程进行求解,在国内首次实现了二维情况下的SF及其混合气体放电过程的动态仿真。模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散以及光电离等过程。 本文对相同条件下10%-90%SF/N2、50%-50%SF/N2和SF气体的正向、负向流注发展情况分别进行了模拟,并就模拟结果作了比较和分析,结果表明:击穿过程的初始流注如果为正向流注,其击穿时间会远小于初始流注为负向流注的情况;初始流注若为正向流注,那么在其发展过程中能观测到负向流注的出现;SF含量低的混合气体比SF含量高的混合气体更容易被击穿;光电离对气体放电的过程起到加速作用,并且在SF含量越低的气体中,加速效果越明显。 本文的模拟结果能很好的解释SF及其混合气体放电的过程,也能清楚描述放电过程中各种带电粒子以及流注通道内部电场的分布情况,为进一步开展该类气体放电机制的研究奠定了基础。