输电等级单断口真空断路器理论及其技术_王建华_9787111550631

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。

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126kV/2500A/40kA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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