直流GIL不均匀场中金属微粒运动的数值模拟及放电特性分析

明确直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line,GIL)不均匀场中金属微粒运动及其引发的间隙放电具有重要意义。建立了微粒运动的三维电-力学瞬态耦合有限元数值计算模型:基于静电场原理,获得了微粒的电荷量及电场力;结合力学方程与拉普拉斯光顺方法给出了运动的动网格模型;为抑制微粒与壁面接触时网格拓扑改变引起的计算失败,提出了虚拟接触壁面条件。对楔形平板电极中典型的微粒运动进行数值模拟,通过实验验证了计算模型的准确性。获得了微粒表面的场强畸变,并根据流注起始判据对其引发的典型间隙放电形式进行分析,结果表明:微粒向电极运动时,表面场强畸变最严重部位总是分布在靠近电极一侧的顶端;微粒紧邻高(低)压电极而与低(高)压电极的放电由微放电引起;起跳阶段与高压电极的放电可能会立即引发整个间隙击穿。