随着电力系统装机容量的不断扩大和对运行可靠性要求的进一步提高,发电机保护断路器作为发电机主回路中的重要的控制保护设备,简化了电站设计及操作,提高了电站运行的可靠性,其产品研发及关键技术研究至关重要。 本文以18kVSF₆发电机保护断路器为研究对象,以电磁学、机械动力学、流体力学、数值求解技术以及计算机技术为支撑,根据能量守恒定律和贝努利方程及气流特性建立了配氮气储能液压机构的压气式SF₆发电机保护断路器操动机构和灭弧室联合模拟的数值计算模型。用VB6.0进行程序设计,得出空载开断过程中断路器机构运动特性、灭弧室气体压力特性和气流特性。此外,对操动机构油压、活塞直径、运动系统质量、不同压气缸体积、喷口口径、压气缸直径、灭弧室充气压力等断路器主要技术参数,进行数值计算与分析。研究了开断过程中燃弧时间和开断电流对灭弧室气流量和气体压力的影响机理。为考核断路器绝缘性能,本文利用有限元求解方法对18kVSF₆发电机保护断路器灭弧室进行了全场域电场数值计算和仿真研究,分析了不同开距下断路器灭弧室的电场动态分布,并进行了绝缘分析和绝缘能力考核试验,为SF₆发电机保护断路器绝缘设计奠定了理论基础。本文将断路器操动机构与灭弧室紧密联系,实现了开断特性与运动特性耦合处理以及气动模拟,并与工程试验结果进行了对比分析,为发电机保护断路器的新产品研发提供了设计参考。