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| 編輯推薦： |
作者的团队长期以来致力于真空开关技术的研究，并且在近十余年来把发展高电压等级真空开关技术作为主攻方向，也取得了一系列成果。本书整理总结了作者主持的真空电器研究课题组近年来在输电等级真空开断技术方面的研究成果，将主要的研究进展汇集成了本书。
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《高压断路器理论、设计与试验方法》
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| 內容簡介： |
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真空断路器技术由于其自身独特的优点，是取代SF6断路器技术的重要选项。如何提高单断口灭弧室的电压等级，使得真空开关用于输电等级一直是世界范围内广泛关注的问题。本书内容共分10章，分别介绍了长触头间隙真空绝缘特性、大开距真空电弧的控制和熄灭方法、弧后介质恢复和击穿过程、机构关合过程和分断过程的控制、灭弧室设计、机构设计、纳秒脉冲老炼技术等发展输电等级真空开关所遇到的核心问题，也对进一步发展高电压等级真空断路器提出了自己的见解和预测。本书可以为真空开断技术研究人员提供参考，也可以作为相关学科研究生的教学参考书籍。
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| 目錄：
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前言
第1章 绪论
11真空断路器发展简介002
12输电等级真空断路器的发展003
121国外输电等级真空断路器的发展004
122国内输电等级真空断路器的发展006
13发展输电等级单断口真空断路器所面临的技术挑战007
第2章 长触头间隙真空绝缘特性
21概述014
22真空间隙击穿的基本理论014
221场致发射击穿015
222微粒击穿016
23实验研究的基本装置017
24真空灭弧室长真空间隙的工频绝缘特性018
241实验数据018
242工频击穿场强分析019
25长真空间隙雷电冲击绝缘特性023
251触头有效面积的影响023
252触头表面粗糙度和直径的影响028
253开关操作的影响029
26长真空间隙击穿模型030
261均匀场击穿模型031
262非均匀场击穿模型033
27总结分析037
第3章 大开距真空电弧的阳极燃弧模式及控制
31真空电弧的阳极过程040
32阳极模式图的实验观察与研究045
321实验概述045
322实验结果及分析047
323实验获得的阳极模式分布图050
33影响阳极斑点临界电流的主要因素051
331触头材料的影响051
332触头立体角的影响052
333纵向磁场对阳极斑点形成的影响056
34阳极斑点对电流过零后电极表面温度的影响062
341实验概述062
342电流过零后阳极表面温度064
343阳极斑点对电流过零后阳极表面温度衰减的影响068
35阳极燃弧模式的控制071
351根据阳极燃弧模式图优化分闸特性的方法071
352分闸相位对分闸曲线的影响073
353纵向磁场的影响075
354126 kV真空断路器分闸特性与开断性能的关系077
第4章 输电等级真空灭弧室的设计
41真空灭弧室基本结构082
42绝缘结构设计083
43触头结构设计085
431纵向磁场线圈结构085
432纵向磁场杯状结构087
433纵向磁场马蹄铁结构087
434横向磁场螺旋线结构087
435横向磁场杯状结构088
44触头材料的选择089
45发热分析与设计090
46波纹管与套管091
第5章 真空间隙弧后介质恢复过程理论研究
51概述094
511残余等离子体094
512金属液滴096
513金属蒸气097
514 触头表面状态098
52真空灭弧室弧后中性金属蒸气密度的理论计算与分析100
521阳极表面温度计算101
522阳极表面金属蒸气蒸发计算113
53真空灭弧室弧后鞘层仿真计算116
531电势分布及粒子分布随时间的变化117
532粒子密度对弧后鞘层的影响119
533粒子初始热运动情况对弧后鞘层的影响121
534瞬态恢复电压上升率对弧后鞘层的影响123
535不同开距下的弧后鞘层的发展过程124
536电子、离子能量分布的仿真结果125
54真空灭弧室弧后介质恢复过程的实验对比126
541小电流时的弧后介质恢复特性127
542大电流时弧后介质恢复特性128
543计算结果与实验结果的对比129
55真空灭弧室弧后金属蒸气的击穿129
56关于真空灭弧室弧后击穿的讨论132
57PIC-MCC方法介绍135
571PIC方法136
572MCC方法139
573PIC-MCC方法的计算流程141
第6章 输电等级真空断路器的关合过程及其优化控制
61输电等级真空断路器合闸速度的优化146
611触头间的动熔焊特性146
612减轻输电等级真空断路器动熔焊效应的合闸速度优化理论147
62输电等级真空断路器触头预击穿开距与弹跳的实验测量149
621预击穿实验149
622空载关合弹跳特性实验151
63126 kV真空断路器合闸速度的优化155
64关于合闸过程优化设计的分析155
641预击穿距离的分散性与优化合闸速度155
642126 kV真空断路器同步关合的合闸速度156
643合闸速度对触头冲击力的影响158
644关合电流对预击穿和弹跳燃弧时间的影响159
第7章 输电等级真空断路器操动机构的设计方法
71真空断路器操动机构概述164
72弹簧操动机构的分闸系统设计方法166
721弹簧操动机构分闸系统166
722油缓冲器的结构与设计方法167
723根据特定分闸速度曲线设计缓冲器的方法168
73弹簧操动机构的合闸系统设计方法172
731弹簧操动机构合闸系统172
732通过合闸特性曲线得到凸轮传动比的方法174
733凸轮廓线的计算与设计177
74永磁操动机构的设计方法180
741新型分离磁路式永磁操动机构181
742永磁操动机构特性计算与设计185
743126kV分离磁路式永磁机构的设计193
75永磁操动机构的控制199
751双线圈变电流控制方法199
752永磁操动机构时间分散性分析208
第8章 真空灭弧室的纳秒连续脉冲老炼技术
81纳秒连续脉冲老炼216
811纳秒连续脉冲老炼装置216
812纳秒连续脉冲老炼装置的控制和运行217
82纳秒连续脉冲老炼对真空灭弧室特性的影响220
821触头表面状态分析221
822耐压水平实验结果221
823对真空断路器击穿特性的影响效果222
第9章 126kV单断口真空断路器试验研究
91研究性试验主要设备224
911126kV合成回路224
912126kV可拆式真空灭弧室226
92耐压试验227
921短时工频耐压试验227
922标准雷电冲击耐压试验227
93温升试验228
94机械特性试验230
941机械特性试验目的230
942机械操作试验231
943机械寿命试验231
95开断试验232
951出线端故障试验232
952失步故障试验241
953异相接地故障试验244
954近区故障试验246
第10章 输电等级真空开断技术发展展望
101陶瓷外壳真空灭弧室252
102额定电流提升技术252
103采用环境友好型绝缘气体实现外绝缘253
104新型操动机构254
105真空开关组合电器256
106液氮绝缘超导组合电器256
107基于真空断路器的新型高压直流断路器257
108252kV真空灭弧室研究与开发258
109真空断路器同步控制技术259
1010超特高压真空断路器259
参考文献261
后记273
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| 內容試閱：
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前 言
真空开关因其优异而独特的性能，在电力系统中获得了广泛的应用。随着触头材料、真空工艺技术的进步，经历数十年的发展，结合工业和经济社会的发展需求，其不断拓展着应用范围。在过去数十年的发展过程中，在中压领域，真空断路器逐步占据了主导地位。据统计，2015年在中压领域真空断路器的市场占有率已经超过90%。而在高电压等级则仍然是SF6气体开关占据主导地位，这主要是因为仍然没有成熟的替代技术可以取代它。然而，SF6气体的温室效应问题是制约其使用的核心。SF6气体是一种强温室气体，其碳排放等效系数为23900，而且半衰期长达3200年，是国际公约中限制使用的六种气体之一。当前许多发达国家出台了各种控制使用SF6气体的法规，澳大利亚政府在2012年开始对SF6气体征收的碳排放税高达57万美元t。
真空断路器技术由于其自身独特的优点，是取代SF6断路器技术的重要选项。如何提高单断口灭弧室的电压等级，使得真空开关用于输电等级一直是世界范围内广泛关注的问题。当前，在可持续发展理念深入人心，环境友好成为越来越重要的诉求条件下，发展环境友好的输电等级真空开关，替代SF6气体应用成为一种重要的趋势。
西安交通大学长期以来致力于真空开关技术的研究，并且在近十余年来把发展高电压等级真空开关技术作为主攻方向，取得了一系列成果。本书整理总结了西安交通大学真空电器研究课题组近年来在输电等级真空开断技术方面的研究成果。本课题组是由我国著名电器专家王季梅教授一手创建的，数十年来一直持续进行真空开断技术方面的研究，他主导了课题组的主要研究方向。本课题组的耿英三教授、刘志远教授、闫静博士、王振兴博士、孙丽琼博士等的研究工作都为本书内容做出了贡献。本书整理归纳了近年来本课题组相关博士学位论文的内容，它们涉及如下博士研究生的博士论文：孔国威、张颖瑶、余砾、杨和、王振兴、姚晓飞等。博士生马慧等也参与了部分章节的撰写工作。因此本书是许多老师、同学长期工作的智慧结晶，没有他们的努力，本书是不可能完成的。
本书主要介绍了输电等级真空断路器国内外发展概况、长触头间隙真空绝缘特性、大开距真空电弧的控制和熄灭方法、弧后介质恢复和击穿过程、机构关合过程和分断过程的控制、灭弧室设计、机构设计、纳秒脉冲老炼技术等发展输电等级真空开关所遇到的核心问题，也对进一步发展高电压等级真空断路器提出了自己的见解和预测。本书可以为真空开断技术研究人员提供参考，也可以作为相关学科研究生的教学参考书籍。
本书的内容为本课题组的研究成果，为了使读者可以更充分地了解相关的研究内容，本书的参考文献除了提供了主要的参考资料，还整理列出了本课题组在相关研究中在中、外期刊上发表的主要论文，以及所申请的国家发明专利。
由于高电压等级真空开断技术仍然处于继续发展的阶段，许多新的研究成果也在不断出现，技术不断取得突破，所以本书内容一定会存在许多落后于实际发展或者疏漏和错误的地方，欢迎各位读者提出批评指导。如果本书的出版能够对促进真空开断技术的发展起到促进作用，我们将感到十分欣慰。
西安交通大学电气工程学院教授
电力设备电器绝缘国家重点实验室主任
王建华
2016年8月
后 记
在本书编撰过程中，我时常会想起我国著名的真空电器专家王季梅教授。西安交通大学真空电器研究课题组就是王季梅教授一手创建的。从本书的参考资料可以看出，王季梅教授长时间从事真空电器的研究工作，我国第一台三相真空开关就出自他的设计。这台制造于1960年的开关样品至今仍保存在西安交通大学的校史博物馆中。我自1978年开始师从王季梅教授攻读研究生，1981年开始进入博士研究生阶段的学习，王季梅教授给我选定的研究题目就是真空电弧阳极斑点现象及其对真空断路器开断的影响。这一研究题目用当时答辩委员会成员之一、中国电科院曹荣江先生的话说：这是我们国家第一次从理论上研究开关电弧现象。当时的研究条件和测试手段以及计算机软件仿真工具在今天看来是非常简陋和初步的，但这些毕竟是开拓性的工作。长期以来，王季梅教授最大的心愿就是能够将真空断路器的电压等级提升，用于输电等级。他很早就撰写文章，论证其可能性，并且不断提出建设性思路和方案。随着他的年事渐高，无论体力还是精力都不可能再直接从事研究工作，但他的心里一直装着输电等级真空断路器的发展。
坦率而言，输电等级真空断路器技术的提升十分困难，十余年来我们课题组一直没有停止这项工作的推进，但进展并不快。自2003年正式立项开始研发126kV单断口真空断路器，一路走来遇到无数难题。研究平台和试验条件全部都是重新建设的，产品开发方案多次反复，包括最后的型式试验都遇到许多意想不到的困难。其中有些试验方法对西安高压电器研究院也是新课题，这也导致了型式试验前后持续两年之久。但在这些年的不断努力的过程中，我们成功研究开发了新的试验平台，尝试了无数的新方案、新技术，前后培养的博士生、硕士生二三十名，撰写的论文达到200余篇，获得的授权发明专利达30余项，并且在2013年通过了126kV2500A40kA单断口真空断路器的全部型式试验。这项研究的完成标志着我国在输电等级单断口真空断路器的研究方面走在了国际前列。
我们所获得的成功，不仅是我们努力的成果，同时也承载着老一辈科研工作者无数的智慧与汗水。当我们将这本总结这项研究工作的专著完稿之时，王季梅教授的身影再一次浮现在我的脑海中：他不辞劳苦地带领学生到相关真空开关企业和试验站参加现场研究工作；以80多岁的高龄坚持参加课题研究进展分析会；90岁高龄来到我们新开发126kV合成回路现场指导工作；还有遇到挫折时他那充满激情一句我们肯定行。这些场景至今依然历历在目，不断鼓舞着我们继续前行。
王季梅教授已经于2014年永远离开我们了，他没能看到这本书的出版，但我想，这本书的出版将会是我们学生辈们对老师最大的告慰。
谨将此书献给我们尊敬的王季梅老师！
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