短间隙SF6、N2及其混合气体放电过程分析

摘要

目前，气体作为绝缘介质在电力系统中应用越来越广泛，同时SF6因其具有较高的介电强度、优良的灭弧性、良好的冷却性，被广泛应用于气体绝缘设备，但是却不能忽视它对环境的污染。因此现在急需找到可以替代其绝缘功能的气体，SF6/N2混合气体作为目前为止发现的最适合的替代品，获得了越来越多的应用和关注。
　　 本文采用二维流体模型对SF6、N2及SF6/N2混合气体的放电过程进行数值分析。其中N2流体模型是非电负性流体模型，由电子、正离子连续性方程和耦合泊松方程构成，SF6及SF6/N2混合气体流体模型均采用电负性流体模型，由电子、正离子和负离子连续性方程耦合泊松方程构成。模型中包括了碰撞电离、扩散、符合、吸附和光致电离等过程，并针对三维光致电离模型给出了化简方法。通过FCT法和超松弛迭代方法分别对粒子连续方程和泊松方程进行求解，本文完成相同压强和湿度下N2、50％-50％SF6/N2混合气体和SF6气体的放电过程数值模拟。结果表明短间隙气体放电可以分为三个阶段:电子崩阶段、电子崩转入流注阶段以及流注放电阶段;光致电离过程的作用在流注阶段才能显现，提供了大量的二次电子、加速了流注放电过程;相同条件下50％-50％SF6/N2混合气体比SF6气体更容易被击穿，但是击穿电压与纯净SF6击穿电压相比只下降10％左右，远大于纯净N2的击穿电压，而且通过增加压强可以弥补这一不足。
　　 模拟结果可以观察到各个时刻的空间带电粒子和电场的分布变化情况，能够更清楚的认识各个物理过程对整体放电的不同作用，可以得到放电过程各种带电粒子动力学行为以及等离子相关的参数;深入理解SF6、N2及其混合气体放电机理，提供进一步研究放电机制的基础、优化气体介质在电气设备应用。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究气体放电过程的意义

1．2 国内外研究现状

1．3 课题的来源和本文主要工作

第2章 气体放电的物理过程

2．1 气体放电过程的基本过程

2．1．1 带电粒子的产生

2．1．2 带电粒子的消失

2．2 气体放电理论

2．2．1 Townsend理论

2．2．2 流注理论

2．3 气体放电过程的流体模型

2．3．1 非电负性气体流体模型

2．3．2 电负性气体流体模型

2．4 光致电离模型

2．5 本章小节

第3章 SF6/N2及其混合气体放电特性

3．1 N2放电特性

3．1．1 间隙粒子运动过程

3．1．2 间隙电场分析

3．2 SF6放电特性

3．2．1 间隙粒子运动过程

3．2．2 间隙电场分析

3．3 混合气体(50％-50％SF6／N2)放电特性

3．3．1 间隙粒子运动过程

3．3．2 间隙电场分析

3．4 本章小结

第4章 光致电离作用分析

4．1 光致电离对N2放电过程的影响

4．2 光致电离对SF6放电过程的影响

4．3 光致电离对50％-50％SF6／N2放电过程的影响

4．4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间发表的学术论文

致谢