● 摘要
高压SF6断路器是电力系统中重要的电力装备，在电力系统中起着十分重要的作用。高压SF6断路器灭弧室气流场与电场计算及其介质恢复特性分析是高压断路器设计和产品开发研究的重要内容，由于涉及到诸多非线性科学和多学科前沿性理论问题，该领域成为国内外断路器研究的重点和热点。本课题以计算流体力学软件PHOENICS为仿真平台，对某型号40.5kV自能式SF6断路器开断不同短路电流时气流场及介质恢复强度进行了研究。研究内容包括：建立了针对该40.5kV型号断路器的二维电弧模型，考虑了湍流、电弧辐射、电磁场洛仑兹力及喷口烧蚀等因素对电弧模型的影响，实现了气流场和电场的耦合求解；通过求解结果，分析得出了该型号断路器开断容性电流、额定短路电流及含有直流分量短路电流情况下气流场与电场的变化分布规律；然后，使用流注理论分别对各短路电流开断情况下的介质恢复强度进行了计算，得出了各情况下开断的依据；最后，将不同短路电流开断条件下的气流场与电场分布以及介质恢复强度计算情况进行了比较，得到了较为可信的结果。研究结果显示：数值计算结果不仅定性的对开断试验进行了预测，并且在对某些参数的定量预测上也体现出了一定的有效性；喷口电弧模型具有一定的实用价值和研究意义。在研究电弧模型的过程中，利用FORTRAN语言对PHOENICS软件进行了二次编程开发,实现了电磁场与气流场的耦合求解，同时将湍流、电弧辐射及洛仑兹力、喷口烧蚀等因素加入到求解过程中，取得了较为理想的结果。可信的仿真结果证明PHOENICS软件对SF6断路器灭弧室气流场的仿真计算具有较高的可信度。