随着我国电力系统的迅猛发展，近年来高压直流输电逐渐登上了历史舞台。与传统的交流输电相比，直流输电具有传输容量大、系统稳定性高、功率调节容易等一系列优势。特别是针对远距离、大容量的输电要求；根据交流系统功率传输公式 可知，在远距离交流输电的过程中，由于输电线路存在感抗和容抗等一系列损耗因素，随着输电距离的增长，线路损耗会大幅度提高，最后会导致无法传送的问题。为解决这一问题，除不断提高交流输电的电压等级之外，发展直流输电也是一种非常合适的选择。由于直流输电不存在容抗和感抗等损耗，只存在线路的电阻损耗，对于远距离、大容量的电能传输来说非常合适。截止到目前为止，我国已成功投运的直流输电工程有：（1）±660千伏宁东-山东直流输电工程于2011年2月28日投运，山东接受外送电力的能力由350万千瓦提升至750万千瓦。据统计，山东因此每年可节约原煤1120万吨。由此全省减少二氧化硫排放5.7万吨，二氧化硫排放量降低1.1个百分点，大大促进了资源节约型、环境友好型社会建设。（2）三峡-上海±500千伏直流输电工程线路全长1048.6千米，输送容量300万千瓦，若按中强度全铝合金导线替代普通导线计算，正常功率下，如果一年的输送小时数为4000小时，可节约电能7.98万千瓦时/千米，全线每年可节电8372万千瓦时。（3）向家坝-上海±800kV特高压直流输电示范工程是我国首个特高压直流输电示范工程。工程由我国自主研发、设计、建设和运行，是目前世界上运行直流电压最高、技术水平最先进的直流输电工程。

目前我国在特高压直流输电技术方面处于世界领先地位，这与我国的资源分布有直接的关系。我国主要能源消费区位于东部，特别是长三角和珠三角；而主要能源生产区位于西北地区，再加上我国幅员辽阔，种种客观因素加速了我国特高压直流输电技术的发展。

为了保障高电压等级的直流输电系统安全稳定运行，就对于直流系统中的关键设备-直流断路器提出了较高的要求。为了适应电压等级越来越高的直流输电系统，就必须提高直流断路器的开断容量，而在开断过程中电弧的特性将直接影响断路器的开断容量。因此，有必要对于真空电弧的特性进行研究，以提高断路器的开断容量。目前，直流断路器的开断容量难以满足已投运的直流输电工程的要求，而且限制了未来多端柔性直流电网的建设。与交流断路器不同的是，直流系统不存在电流自然零点，因此无法利用交流断路器中成熟的灭弧技术，提升开断容量成为了难题。

为了解决直流系统不存在电流自然零点的问题，在熄灭直流电弧时，需要人工投入一反向高频电流，使故障电流强制过零，以达到切除故障的目的。在20世纪80年代，东芝公司采用168kV的交流 断路器和75kV的真空断路器相串联的混合式直流断路器，额定电压250kV，开断电流峰值8kA，吸能容量13MJ，开断过程中真空灭弧室两端的电压峰值为420 kV。日立公司基于人工过零原理成功研制了额定电压250 kV，开断电流峰值8 kA，吸能容量75MJ的高压直流断路器，换流电容的预充电电压为400 kV，总开断时间超过30ms。三菱公司于2014年设计了额定电压320kV，开断峰值电流为16kA，开断时间约为10ms的人工过零型真空断路器。西安交通大学于2003年联合陕西宝光真空电器股份有限公司和浙江温岭紫光电器公司于2003年共同发起126 kV /2000A/40 kA 的单断口真空灭弧室。2018年一月，由华中科技大学电气与电子工程学院和上海思源电气有限公司共同研制的世界上首台机械式高压直流断路器在南方电网公司 160 kV南澳多端柔性直流输电系统中投运。

到目前为止，人工过零型直流断路器还存在一些问题：

（1）开断时间较长，常常达到十几个毫秒，无法满足快速切除故障的要求；电磁斥力机构的投入使用，可以使开断时间缩短至2-3ms，但是针对电磁斥力机构作用下的电弧特性研究还不是很丰富。因此需要进一步研究在投入电磁斥力机构条件下的真空电弧特性。

（2）吸能要求较高，东芝公司提出的方案中吸能容量为13MJ，日立公司提出的方案中吸能容量为75MJ。过高的吸能容量不仅会导致成本的上升，还有可能会导致由于电磁能量的转化在断路器内部产生过电压。

基于以上的叙述，本次毕业设计主要是针对于斥力机构拉弧条件下的真空电弧形态研究以及和三电极触发条件下的电弧特性对比。为此，将设计实验平台，利用高速摄像机和实验用真空灭弧室搭建实验平台，同时安装电磁斥力机构；改变实验参数（起弧电流、燃弧时间、触头开距等），以探究真空电弧的特性，了解在电磁斥力机构和三电极触发这两种不同的起弧方式下电弧特性的异同。通过对于两种不同燃弧方式下电弧特性的研究，加深对于真空电弧的理解。电弧特性是影响真空断路器开断容量的重要因素，因此加深对于真空电弧特性的研究，对于提高真空断路器的开断容量具有重要的意义。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究目标

本次毕业设计的题目是“快速机构驱动下的真空电弧实验研究”，研究对象明确是真空电弧，通过做实验的方式探究在快速机构驱动下的真空电弧特性。另外，还需对比在三电极触发方式下的电弧形态的异同。这里提到的两种起弧方式：斥力机构拉弧和三电极触发燃弧，都是在研究真空电弧的特性时常用的两种起弧方式。