负责人: 贾申利(史宗谦)

所在学院：电气工程学院

项目简介：开关电器是电力系统安全稳定经济运行的重要保障。随着电力系统输配电容量的不断提升，对开关电器的开断容量提出了更高的要求，电弧特性及其控制是实现开关电器大容量开断的关键，然而传统的电弧控制技术已很难实现开关开断容量的有效提升，这也是国际开关电器领域的前沿和挑战性难题。本项目历时10余年，针对开关电器大容量开断，从基础理论研究、关键技术攻关、产品工程化研发三个层面进行了深入系统的研究，取得了具有系列自主知识产权的成果，并在国内外得到广泛推广应用，取得了显著的经济社会效益。研究内容如下：

揭示了纵向磁场分布对真空电弧的控制机理，发明了真空电弧的非均匀纵向磁场控制技术，并开发了考虑纵向磁场时空分布的大电流真空电弧仿真和灭弧室的优化设计软件，研制了一系列基于马鞍形非均匀纵向磁场分布的新型真空开关灭弧室产品，与传统的钟形纵磁灭弧室相比，开断能力提高15％以上。

发现了灭弧室内波系的形成与传播特性是决定大容量低压电器开断性能的关键，提出了器壁侵蚀与结构相复合的灭弧新思想，发明了系列新型低压灭弧系统，突破了大容量开断中强限流开断和抑制弧后重燃的难题。

提出SF6断路器大容量开断关键在于提供足够的SF6中性分子与电弧接触并配以相应的运动特性的新观点，突破了超高压SF6断路器大容量开断所面临的灭弧室和操作机构优化配合的难题，开发了性能优异的800kV SF6开关。

建立了低压开关电器开断全过程的通用数学模型，解决了数字化设计中多物理场耦合求解的关键技术，并研发了产品设计软件系统，实现了低压电器行业产品研发模式从经验设计向数字化设计的变革。

本项目获授权国家发明专利11项，实用新型专利和软件著作权7项；发表论文200余篇，其中SCI检索72篇，EI检索58篇；出版专著2部。

本项目开发了29个系列中压真空开关灭弧室产品、4个系列低压开关、2种800kV SF6开关，并实现了批量生产，其中12kV、24kV、40.5kV电压等级真空开关灭弧室，与国外同类先进产品相比，同等开断能力条件下，尺寸减小约10%；CW3-6300低压开关主要技术指标处于国际领先水平、CW3-7400低压开关填补了国内外产品空白；800kV SF6开关各项技术指标均与国际同类先进水平的产品相当，额定峰值耐受电流等参数还优于国外产品,并已大量应用于我国750kV输变电工程；研究成果也已用于指导我国1000kV特高压输电工程中串补火花间隙开关（国际上首台）的研制。产品用户覆盖全国，市场占有率均20%以上，并出口至美国、英国、法国、日本等十余个国家和地区；真空电弧的纵向磁场控制技术和仿真软件、低压电器数字化设计软件等也已出口到法国施耐德电气、韩国现代重工、日本富士电机等国外企业，经济效益突出。本项目为我国开关电器行业的自主创新做出了重要贡献，推动了行业技术进步，显著提升了国际声誉和产品竞争力。

图1：本项目发明的真空电弧的非均匀纵向磁场控制技术

图2：本项目开发的部分真空灭弧室产品

图3：本项目开发的部分低压开关产品