高压开关设备是大容量、远距离输电以及智能电网、新能源发展中最重要和最关键的装备之一，在电力系统中起承载和切除电流的作用。高压开关设备关合和开断电流时必然产生电弧，只有电弧成功熄灭才能保证电路真正开断。电弧开断过程中等离子体的产生、发展、熄灭、介质恢复过程取决于开关设备的机械性能与气体介质的电气性能及其之间的优化配合，核心技术是电弧等离子体调控、灭弧装置和操动机构的设计与研发。截至本世纪初，灭弧室、核心机械零部件设计仍然依赖于经验和试验验证，没有形成自主设计能力。为此，项目团队攻克各种开关灭弧装置中电弧产生和熄灭机理掌握不全面、电弧压力和温度等大瞬变量难以精准检测、不同类型开关设备开断过程大相径庭且开断机理不明确等难题，取得以下创新性结果：

1、率先建立基于电场、磁场、温度场、压力场、密度场、气流场、应力场等多物理场耦合的双温度非平衡态等离子体电弧数学模型，提出高压开关设备电弧开断判据。研究电弧产生和熄灭机理，揭示高压开关设备内电弧温度、压强、密度等参量的动态变化规律，给出开断短路电流、近区故障以及容性电流(小电流)等工况下临界恢复电压上升率、电流过零前100ns电弧电阻和膨胀室最高压力间的相互关系，形成一套电弧等离子体控制与智能操作相结合的高压开关设备开断理论。

2、攻克高温、高电压、强机械冲击、强电磁干扰及纳秒级瞬变等测试技术难题，首次发明了灭弧室高温多瞬态量、多点、多位置的实验技术。研究开断复杂环境中传感器的固定、屏蔽、高温和高电压隔离方法，提出灭弧室压力和温度、电弧温度、电弧电压等关键参量测量方法，验证高压开关设备电弧开断理论，完善了灭弧室核心零部件的设计方法，使得开关设备的短路开断容量提升了26％。

3、提出灭弧室熄弧特性和机械性能优化配合设计方法，实现高压开关设备等离子体电弧智能控制。考虑摩擦、间隙、接触、碰撞、柔性等因素，分析分合闸时触头的动态响应特性以及连杆、销轴和静触指等传动件的动态应力，实现高压开关在分合闸过程中动触头运动轨迹的高精度自适应控制与调节，使得开关设备电寿命达到E2级，机械寿命从5000次提升至10000次，操作功降低60％。

4、揭示开关设备关键设计参数对电弧开断的影响规律，提出基于多场数值分析的高压开关结构设计与优化方法，研制出系列小型化和高开断性能的开关设备。设计了开断性能优异、机械可靠性高、结构紧凑的小型化气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)、断路器、高速接地开关以及旁路开关等设备。

授权发明专利25项，软件著作权5项；参与制修订国家和行业标准2项，出版专著1部；发表学术论文54篇，被SCI收录5篇，中文核心期刊论文39篇。经鉴定，多项技术达到国际领先水平。开发研制出拥有完全自主知识产权的252kV GIS和断路器、550kV GIS和断路器、高速接地开关等系列高压开关设备，近三年新增销售额30.44亿元，新增利润2.2亿元。项目技术有效降低了电力系统停电事故概率，减少了温室气体SF₆的使用量，间接经济效益约50亿元。项目成果推广应用到平高集团自主研发的全电压等级高压开关设备中，产品覆盖中国所有省市，并通过“一带一路”打入欧盟、印度等国际市场，提高了企业核心竞争力与国际影响力，推动了中国高压开关行业的进步。

成果说明

高压开关装备电弧开断技术研究成果已在平高集团有限公司实现推广应用，开发出的252kV新型自能式灭弧室应用于LW62-252/T4000-50型高压交流SF6断路器、ZF11C-252（L）/T4000-50型GIS断路器等产品，开发出的550kV单断口压气式灭弧室应用于ZF27-550/Y6300-63型GIS断路器，开发出了特种开断需求的ZF27-1100(L)Y6300-63型GIS用高速接地开关、PLW1-550/170/T40000-125型旁路开关以及PLW1-1100/Y6300-160型旁路

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