基于电磁特性分析的开关电弧反演研究

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1、沈阳工业大学硕士学位论文基于电磁特性分析的开关电弧反演研究StudyonSwitchingArcInversionBasedonAnalysisoftheElectromagneticCharacteristics赵宏晨电气工程学院作者：单位：指导教师：刘晓明教授单位：电气工程学院协助指导教师：单位：单位：论文答辩日期：2015年3月1日学位授予单位：沈阳工业大学摘要开关电器作为智能电网的主要控制与保护设备，能够在发生线路故障时及时切断电路，以起到保护线路和人身安全的作用。有触点开关电器在切断故障线路大电流时，不可避免地将在触点间产生电弧。电弧一方面作为线路能量释放的有效途径，但

2、另一方面若不能快速熄弧，燃弧过程中所产生的电弧等离子体将烧蚀触头，破坏断口绝缘，延迟介质恢复，造成安全隐患。因此，研究开关电弧等离子体动态特性和内在机理，以便能快速熄灭，有利于提高开关电器的运行可靠性和使用寿命。在研究当前开关电弧特性与测量手段基础上，本文将数学物理反问题与灭弧系统场域电磁分析相结合，提出研究开关电弧的新途径—电弧反演。根据电弧发生发展过程中的多物理场耦合分析，结合电弧电流分布特点，建立了多段、变弧径电弧数学模型；依据场域电磁场分布，通过电弧正演数值分析实现磁场重构。采用智能遗传算法，基于磁场空间分布，反演得到电弧特征参数。在上述研究基础上，将惩罚函数引入智能优化

3、进程中，以解决电弧反演的不适定性，保证解的稳定性和唯一性。此外，针对单弧线、多弧线、变弧径和不同燃弧时刻下电弧特性，给出不同条件下磁场采样拓扑阵列和分析方法。在理论上提出了电弧特性反演研究的新手段，便于工程分析上实现电弧调控，指导开关电器结构参数设计，以实现开关电器的高技术参数、高运行性能和高可靠性。关键词：开关电弧；反演问题；电弧模型；电磁逆问题；遗传算法IAbstractSwitchelectricappliancearethekeycontrolandprotectelementsofthesmartgrid,cantimelyinterruptthecircuitunde

4、rthefaultcasesandplaytheroleofprotectingthesafetyofthesystemandcustomers.Whentheswitchelectricappliancewithcontactsswitchingoffthecurrentinthecircuit,inevitablygeneratethearcinthecontactsgap.Theemergenceofthearccanprovideawaytoreleasethecircuitenergy,butontheotherhand,ifthearccannotberapidlyq

5、uenched,thearcplasmawillcorrodethecontacts,destroythebreakinsulation,delaythedielectricrecoveryandcausethepotentialsafetyproblems.Therefore,itisnecessarytoresearchthearcdynamiccharacteristicsandtheinternalmechanism,forquicklyextinguishingthearc,improvingtheoperatingreliabilityandthelifespanof

6、theelectricappliances.Basedontheanalysesoftherelevantexperimentmethodofthearcmeasurement,anewmethodisproposedtoresearchtheswitchingarccharacteristics,i.e.theinversemethodforanalyzingthearcplasmaisintroducedandcombinedwiththenumericalanalysesoftheelectromagneticfield.Accordingtothevarietyofthe

7、couplephysicalfieldforthearc,combinedwiththearccurrentdistribution,thearcmodelwithmultiplesegmentsandvariablediameterispresented.Andbasedontheinverserelationshipbetweentheelectromagneticfieldsandthemagneticfieldspacereconstructionaroundthearc