气体绝缘短间隙流注放电过程计算机仿真

作     者：吴昊 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：卢斌先

授予年度：2012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] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：气体放电 流注 GIS 通量校正传输法 有限元 

摘      要：SF6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SF6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SF6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SF6/N2混合气体这一目前最有可能替代SF6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。 本文采用二维流体动力学模型模拟板-板气体间隙流注放电过程。模型包含根据物质守恒定理推导出的描述正、负离子以及电子对流-扩散运动过程的连续性方程,并耦合泊松方程对空间电场分布进行分析。对于模型的求解采用有限元法,用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport,FCT)抑制求解过程中产生的数值震荡问题。实现了SF6及其混合气体短间隙下流注放电过程的二维动态仿真。仿真包括了放电过程中各种带电粒子的碰撞电离、附着、结合、扩散等过程,并且考虑了光电离对放电过程产生的影响。 本文对相同初值以及边界条件条下10%SF6-90%N2、50%SF6-50%N2和纯SF6气体的流注放电情况进行了仿真,并就仿真结果作了对比和分析,结果表明：SF6含量高的混合气体相对来说比较不容易被击穿。并且在放电过程中可以观测到负向流注的出现。并通过对有、无光电离参与时50%SF6-50%N2混合气体气体流注放电过程中不同时刻的轴向电子浓度分布的对比和分析,说明了光电离对电子崩和流注的发展有加速作用。 本文的仿真结果能清楚描述SF6及其混合气体放电过程中空间电场以及各种带电粒子的分布情况,直观的解释了短间隙气体流注放电的物理过程。为进一步开展该类气体放电机制的研究奠定了基础。