并通過模擬滅弧室真空測量實(shí)驗(yàn)對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，借此探索出真空斷路器滅弧室內(nèi)真空度與滅弧室外電場電位間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，為實(shí)現(xiàn)真空斷路器高真空度在線監(jiān)測和狀態(tài)評(píng)估提供參考。目前真空斷路器憑借著優(yōu)越的性能而在中壓領(lǐng)域得到廣泛普及，并且正在不斷地向低壓領(lǐng)域和高壓領(lǐng)域進(jìn)軍，而真空滅弧室又被視為真空斷路器的核心部件，因此真空滅弧
室的研制和開發(fā)被學(xué)者們給予高度的重視。隨著當(dāng)今大氣環(huán)境質(zhì)量問題越來越引起人們的高度重視，真空斷路器在未來完全替代SF6 斷路器將成為發(fā)展的必然趨勢。真空滅弧室對(duì)電弧的控制是通過電流流過觸頭時(shí)產(chǎn)生磁場來實(shí)現(xiàn)的，不同結(jié)構(gòu)的觸頭可以產(chǎn)生不同方向的磁場。一種是產(chǎn)生橫向磁場并施加在真空電弧上來驅(qū)使集聚型電弧在洛倫茲力的作用下在觸頭的表面以極高的速度旋轉(zhuǎn)，減小陰極斑點(diǎn)和陽極斑點(diǎn)對(duì)電極表面的燒蝕時(shí)間;另一種是產(chǎn)
生縱向磁場并施加在真空電弧上以減小電弧的電流密度，使真空電弧在大電流情況下仍然保持?jǐn)U散形態(tài)。目前縱向磁場觸頭結(jié)構(gòu)在開斷大電流的真空滅弧室中應(yīng)用十分普遍，他具有結(jié)構(gòu)簡單，制造及加工成本低，可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。  早期的縱磁觸頭結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生均勻的縱向磁場，使真空電弧在電流較大的情況下仍然可以保持?jǐn)U散形態(tài)，減少電弧集聚導(dǎo)致觸頭燒蝕的幾率，但是隨著開斷電流的繼續(xù)增大，觸頭產(chǎn)生的縱向磁場不能有效的控制
真空電弧形態(tài)以至于觸頭表面仍然會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的燒蝕情況。鐵芯的加入大大的提高了縱向磁場的強(qiáng)度，使同樣結(jié)構(gòu)的觸頭可以產(chǎn)生更強(qiáng)的縱向磁場，從而有效的控制了真空電弧形態(tài)，提高了真空滅弧室的可靠性。然而鐵芯的加入在提高縱向磁場強(qiáng)度的同時(shí)也帶來了一些負(fù)面的影響，在電流過零時(shí)磁場不能迅速消退，即電流過零時(shí)帶鐵芯的觸頭結(jié)構(gòu)較不帶鐵芯的觸頭結(jié)構(gòu)剩余磁場較大，這將抑制了觸頭間隙中等離子體的快速散去，在恢復(fù)電壓的作用
下極易發(fā)生復(fù)燃導(dǎo)致觸頭不能成功開斷

其它部件基座、絕緣支撐件、絕緣子等特點(diǎn)編輯①觸頭開距小，10KV觸頭開距只有10mm左右，操作機(jī)構(gòu)的操作功就小，機(jī)械部分行程小，其機(jī)械壽命就長。②燃弧時(shí)間短，且與開關(guān)電流大小無關(guān)，一般只有半周波。③熄弧后觸頭間隙介質(zhì)恢復(fù)速度快，對(duì)開斷近區(qū)故障性能較好。④由于疏通在開斷電流時(shí)磨損量較小，所以觸頭的電氣壽命長，滿容量開斷達(dá)30-50次，額定電流開斷達(dá)5000次以上，噪音小適于頻繁操作。⑤體積小、重量輕。⑥適用于開斷容性負(fù)荷電流。由于其優(yōu)點(diǎn)很多，所以廣泛應(yīng)用于變電站中，目前型號(hào)主要有：ZN12-10型、ZN28A-10型、ZN65A-12型、ZN12A-12型、VS1型、ZN30型等。 [2] 具體介紹真空斷路器技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)真空斷路器在我國近十年來得到了蓬勃的發(fā)展。產(chǎn)品從過去的ZN1～ZN5幾個(gè)品種發(fā)展到數(shù)十多個(gè)型號(hào)、品種，額定電流達(dá)到5000A，開斷電流達(dá)到50kA的較好水平，并已發(fā)展到電壓達(dá)35kV等級(jí)。80年代以前，真空斷路器處于發(fā)展的起步階段，技術(shù)上在不斷摸索，還不能制定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，直到1985年后才制定相關(guān)的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)主要依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)：JP3855-96《3.6～40.5kV交流高壓真空斷路器通用技術(shù)條件》DL403-91《10～35kV戶內(nèi)高壓斷路器訂貨技術(shù)條件》這里需要說明：IEC標(biāo)準(zhǔn)中并無與我國JB3855相對(duì)應(yīng)的專用標(biāo)準(zhǔn)，只是套用《IEC56交流高壓斷路器》。因此，我國真空斷路器的標(biāo)準(zhǔn)至少在下列幾個(gè)方面高于或嚴(yán)于IEC標(biāo)準(zhǔn)：(1) 絕緣水平： 試驗(yàn)電壓 IEC 中國1min工頻耐壓(kV) 28 42(極間、極對(duì)地)48(斷口間)1.2/50沖擊耐壓(kV) 75 75(極間、極對(duì)地)84(斷口間)(2)電壽命試驗(yàn)結(jié)束后真空滅弧室斷口的耐壓水平：IEC56中無規(guī)定。我國JB3855一96規(guī)定為：完成電壽命次數(shù)試驗(yàn)后的真空斷路器，其斷口間絕緣能力應(yīng)不低于初始絕緣水平的80％，即工頻1min33.6kV和沖擊60kV。(3)觸頭合閘跳時(shí)間：IEC無規(guī)定，而我國規(guī)定要求不大于2ms。(4)溫升試驗(yàn)的試驗(yàn)電流：IEC標(biāo)準(zhǔn)中，試驗(yàn)電流就等于產(chǎn)品的額定電流。我國DL403-91中規(guī)定試驗(yàn)電流為產(chǎn)品額定電流的110％。2.真空斷路器的主要技術(shù)參數(shù) 真空斷路器的參數(shù)，大致可劃分為選用參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)兩個(gè)方面。前者供用戶設(shè)計(jì)選型時(shí)使用；后者則是斷路器本身的機(jī)械

對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行形態(tài)學(xué)操作，得到內(nèi)部高能等離子體及電弧外部輪廓的時(shí)間-
面積變化曲線。從引弧、穩(wěn)定燃弧、熄弧及弧后介質(zhì)恢復(fù)四個(gè)角度，對(duì)不同階段的電弧面積變化做出定量分析，并探究電弧熄弧階段電弧內(nèi)外面積差變化。實(shí)驗(yàn)表明，通過分析不同階段的等離子體形態(tài)變化，能夠找到電弧平穩(wěn)燃弧及弧后介質(zhì)恢復(fù)的關(guān)鍵點(diǎn)，為高壓等級(jí)真空斷路器研發(fā)設(shè)計(jì)及后期電弧形態(tài)診斷提供進(jìn)一步參考。  隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，真空斷路器的生產(chǎn)數(shù)量逐漸超過中壓SF6開關(guān)。由于其體積小、開斷壽命長和電
流容量大等優(yōu)點(diǎn)，真空斷路器的應(yīng)用范圍越來越多向高壓、超高壓擴(kuò)展。真空電弧是斷路器觸頭斷開時(shí)，依靠蒸發(fā)金屬蒸氣并電離來維持的低溫等離子體，其形成、發(fā)展和后熄滅對(duì)開斷電路有著重要影響。研究真空電弧等離子體的形態(tài)特征，對(duì)斷路器電場、磁場設(shè)計(jì)有很好的指導(dǎo)作用。 通過對(duì)高速攝像機(jī)采集到一組真空電弧分析，t= 0.2～6.8 ms 為引弧和穩(wěn)定燃弧階段，此階段電弧形態(tài)主要為陰極斑點(diǎn)形成和電弧等離子體充滿真?zhèn)€觸頭間隙，因此時(shí)兩極不斷向間隙補(bǔ)充電子及高能粒子，故此時(shí)雖電弧整體輪廓不斷增大，但擴(kuò)散現(xiàn)象并不明顯。為更加清晰地展示內(nèi)外電弧幾何形態(tài)區(qū)別，本文主要對(duì)熄滅階段及弧后介質(zhì)恢復(fù)階段的電弧形態(tài)做出
后期處理，對(duì)穩(wěn)定燃弧階段的內(nèi)部高能等離子體形態(tài)未做出細(xì)節(jié)分析。t=6.9ms 開始為真空熄弧階段，內(nèi)外面積差開始激增，內(nèi)部高能等離子體面積逐漸減小，電弧外部輪廓在縱向磁場作用下維持?jǐn)U散狀態(tài)，其電弧原始圖像與內(nèi)部高能等離子體分布二值圖像如圖6。圖中可看出內(nèi)部高能電弧即將從兩極分?jǐn)嚅_來，外部電弧輪廓基本維持在穩(wěn)定擴(kuò)散狀態(tài)。  t = 7.5 ms 以后熄弧階段開始向弧后介質(zhì)恢復(fù)階段過渡，內(nèi)部等
離子面積分布迅速減小，外部電弧輪廓也出現(xiàn)縮小現(xiàn)象，

主要是由于觸頭分開后殘余粒子定向移動(dòng)引起。經(jīng)過此階段后，內(nèi)部等離子體維持這一狀態(tài)而外部電弧開始對(duì)外擴(kuò)散，并在電流過零點(diǎn)以前擴(kuò)散完全。從二值圖像中可以看出，剩余粒子對(duì)電弧重燃起到很大作用。  3.3、對(duì)比實(shí)驗(yàn)  文中高速攝像機(jī)采集的電弧圖像為垂直拍攝方式，其中涉及到光強(qiáng)疊加與電弧徑向分布不均等問
題。在擴(kuò)散型電弧數(shù)字采集過程中，圖像中內(nèi)部電弧達(dá)到光強(qiáng)飽和邊緣，但未超出實(shí)驗(yàn)可分析的灰度差范圍。為保證電弧等離子體幾何形態(tài)特征提取的準(zhǔn)確性，特采集小電流擴(kuò)散型電弧圖像作為對(duì)比實(shí)驗(yàn)，這里只分析熄弧階段的電弧等離子體特征，電弧熄弧階段等離子體形態(tài)如圖8。經(jīng)過對(duì)電弧圖像去噪聲及形態(tài)學(xué)處理，計(jì)算外部輪廓與內(nèi)部高能等離子體形態(tài)分布，其時(shí)間-面積曲線如圖9本文利用高速攝像機(jī)采集真空斷路器斷開時(shí)電弧形態(tài)，通過圖
像去噪、數(shù)字圖像形態(tài)學(xué)操作，用選定特殊閾值的方法對(duì)電弧外在輪廓及內(nèi)部高能等離子幾何形狀(主要為面積形狀) 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)說明，同時(shí)分析了內(nèi)部高能等離子體與電弧外在輪廓的關(guān)系，得到以下結(jié)論：  (1)伴隨著真空電弧引弧、平穩(wěn)燃弧、熄弧及弧后介質(zhì)恢復(fù)四階段，電弧等離子體面積形態(tài)可分為平穩(wěn)擴(kuò)散、迅速減小和后期維持三個(gè)階段。在平穩(wěn)擴(kuò)散階段內(nèi)部高能等離子體不斷得到補(bǔ)充，與電弧輪廓同比例增加。面積迅速減小階
段，觸頭逐漸停止向間隙提供粒子，內(nèi)部電弧在磁場作用下被擴(kuò)散至周圍，電弧開始熄滅。后期維持階段主要表現(xiàn)為殘余粒子和電荷鞘層。隨著殘余粒子的消散，介質(zhì)恢復(fù)不斷得到加強(qiáng)，此階段的電弧形態(tài)直接影響著重燃與否。  (2)通過電弧內(nèi)外面積差，可以看出真空斷路器是否熄弧完全。的分?jǐn)嚯娀”憩F(xiàn)為，電流過零點(diǎn)之后，面積差迅速增大，高能等離子體得不到有效補(bǔ)充; 達(dá)到峰值后，面積差迅速減小，使得殘余粒子快速擴(kuò)
散，為介質(zhì)恢復(fù)提供條件。  真空開關(guān)電弧等離子體幾何形態(tài)研究為真空技術(shù)網(wǎng)首發(fā)，轉(zhuǎn)電力系統(tǒng)運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生分、合閘線圈燒毀事故。當(dāng)電氣設(shè)備發(fā)生事故時(shí)，如果因高壓真空斷路器分閘回路斷線出現(xiàn)真空斷路器拒動(dòng)現(xiàn)象，將使事故擴(kuò)大，造成越級(jí)分閘致使大面積停電，甚至造成電力設(shè)備燒毀、火災(zāi)等嚴(yán)重后果。而合閘回路完整性破壞時(shí)，雖然所造成的危害比分閘回路完整性破壞時(shí)要小一些，但它也使得線路不能正常送電，妨礙了供電
可靠性的提高。所以很有必要對(duì)真空斷路器線圈燒毀原因進(jìn)行分析，積累了事故處理經(jīng)驗(yàn)，提出防范措施和技術(shù)改進(jìn)，為斷路器檢修工作提供工作參考。