前 言
真空開(kāi)關(guān)因其優(yōu)異而獨(dú)特的性能，在電力系統(tǒng)中獲得了廣泛的應(yīng)用。隨著觸頭材料、真空工藝技術(shù)的進(jìn)步，經(jīng)歷數(shù)十年的發(fā)展，結(jié)合工業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展需求，其不斷拓展著應(yīng)用范圍。在過(guò)去數(shù)十年的發(fā)展過(guò)程中，在中壓領(lǐng)域，真空斷路器逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年在中壓領(lǐng)域真空斷路器的市場(chǎng)占有率已經(jīng)超過(guò)90%。而在高電壓等級(jí)則仍然是SF6氣體開(kāi)關(guān)占據(jù)主導(dǎo)地位，這主要是因?yàn)槿匀粵](méi)有成熟的替代技術(shù)可以取代它。然而，SF6氣體的溫室效應(yīng)問(wèn)題是制約其使用的核心。SF6氣體是一種強(qiáng)溫室氣體，其碳排放等效系數(shù)為23900，而且半衰期長(zhǎng)達(dá)3200年，是國(guó)際公約中限制使用的六種氣體之一。當(dāng)前許多發(fā)達(dá)國(guó)家出臺(tái)了各種控制使用SF6氣體的法規(guī)，澳大利亞政府在2012年開(kāi)始對(duì)SF6氣體征收的碳排放稅高達(dá)57萬(wàn)美元/t。
真空斷路器技術(shù)由于其自身獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，是取代SF6斷路器技術(shù)的重要選項(xiàng)。如何提高單斷口滅弧室的電壓等級(jí)，使得真空開(kāi)關(guān)用于輸電等級(jí)一直是世界范圍內(nèi)廣泛關(guān)注的問(wèn)題。當(dāng)前，在可持續(xù)發(fā)展理念深入人心，環(huán)境友好成為越來(lái)越重要的訴求條件下，發(fā)展環(huán)境友好的輸電等級(jí)真空開(kāi)關(guān)，替代SF6氣體應(yīng)用成為一種重要的趨勢(shì)。
西安交通大學(xué)長(zhǎng)期以來(lái)致力于真空開(kāi)關(guān)技術(shù)的研究，并且在近十余年來(lái)把發(fā)展高電壓等級(jí)真空開(kāi)關(guān)技術(shù)作為主攻方向，取得了一系列成果。本書(shū)整理總結(jié)了西安交通大學(xué)真空電器研究課題組近年來(lái)在輸電等級(jí)真空開(kāi)斷技術(shù)方面的研究成果。本課題組是由我國(guó)著名電器專(zhuān)家王季梅教授一手創(chuàng)建的，數(shù)十年來(lái)一直持續(xù)進(jìn)行真空開(kāi)斷技術(shù)方面的研究，他主導(dǎo)了課題組的主要研究方向。本課題組的耿英三教授、劉志遠(yuǎn)教授、閆靜博士、王振興博士、孫麗瓊博士等的研究工作都為本書(shū)內(nèi)容做出了貢獻(xiàn)。本書(shū)整理歸納了近年來(lái)本課題組相關(guān)博士學(xué)位論文的內(nèi)容，它們涉及如下博士研究生的博士論文：孔國(guó)威、張穎瑤、余礫、楊和、王振興、姚曉飛等。博士生馬慧等也參與了部分章節(jié)的撰寫(xiě)工作。因此本書(shū)是許多老師、同學(xué)長(zhǎng)期工作的智慧結(jié)晶，沒(méi)有他們的努力，本書(shū)是不可能完成的。
本書(shū)主要介紹了輸電等級(jí)真空斷路器國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況、長(zhǎng)觸頭間隙真空絕緣特性、大開(kāi)距真空電弧的控制和熄滅方法、弧后介質(zhì)恢復(fù)和擊穿過(guò)程、機(jī)構(gòu)關(guān)合過(guò)程和分?jǐn)噙^(guò)程的控制、滅弧室設(shè)計(jì)、機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、納秒脈沖老煉技術(shù)等發(fā)展輸電等級(jí)真空開(kāi)關(guān)所遇到的核心問(wèn)題，也對(duì)進(jìn)一步發(fā)展高電壓等級(jí)真空斷路器提出了自己的見(jiàn)解和預(yù)測(cè)。本書(shū)可以為真空開(kāi)斷技術(shù)研究人員提供參考，也可以作為相關(guān)學(xué)科研究生的教學(xué)參考書(shū)籍。
本書(shū)的內(nèi)容為本課題組的研究成果，為了使讀者可以更充分地了解相關(guān)的研究?jī)?nèi)容，本書(shū)的參考文獻(xiàn)除了提供了主要的參考資料，還整理列出了本課題組在相關(guān)研究中在中、外期刊上發(fā)表的主要論文，以及所申請(qǐng)的國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利。
由于高電壓等級(jí)真空開(kāi)斷技術(shù)仍然處于繼續(xù)發(fā)展的階段，許多新的研究成果也在不斷出現(xiàn)，技術(shù)不斷取得突破，所以本書(shū)內(nèi)容一定會(huì)存在許多落后于實(shí)際發(fā)展或者疏漏和錯(cuò)誤的地方，歡迎各位讀者提出批評(píng)指導(dǎo)。如果本書(shū)的出版能夠?qū)Υ龠M(jìn)真空開(kāi)斷技術(shù)的發(fā)展起到促進(jìn)作用，我們將感到十分欣慰。


西安交通大學(xué)電氣工程學(xué)院教授
電力設(shè)備電器絕緣國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任
王建華
2016年8月

后 記
在本書(shū)編撰過(guò)程中，我時(shí)常會(huì)想起我國(guó)著名的真空電器專(zhuān)家王季梅教授。西安交通大學(xué)真空電器研究課題組就是王季梅教授一手創(chuàng)建的。從本書(shū)的參考資料可以看出，王季梅教授長(zhǎng)時(shí)間從事真空電器的研究工作，我國(guó)第一臺(tái)三相真空開(kāi)關(guān)就出自他的設(shè)計(jì)。這臺(tái)制造于1960年的開(kāi)關(guān)樣品至今仍保存在西安交通大學(xué)的校史博物館中。我自1978年開(kāi)始師從王季梅教授攻讀研究生，1981年開(kāi)始進(jìn)入博士研究生階段的學(xué)習(xí)，王季梅教授給我選定的研究題目就是真空電弧陽(yáng)極斑點(diǎn)現(xiàn)象及其對(duì)真空斷路器開(kāi)斷的影響。這一研究題目用當(dāng)時(shí)答辯委員會(huì)成員之一、中國(guó)電科院曹榮江先生的話說(shuō)：這是我們國(guó)家第一次從理論上研究開(kāi)關(guān)電弧現(xiàn)象。當(dāng)時(shí)的研究條件和測(cè)試手段以及計(jì)算機(jī)軟件仿真工具在今天看來(lái)是非常簡(jiǎn)陋和初步的，但這些畢竟是開(kāi)拓性的工作。長(zhǎng)期以來(lái)，王季梅教授最大的心愿就是能夠?qū)⒄婵諗嗦菲鞯碾妷旱燃?jí)提升，用于輸電等級(jí)。他很早就撰寫(xiě)文章，論證其可能性，并且不斷提出建設(shè)性思路和方案。隨著他的年事漸高，無(wú)論體力還是精力都不可能再直接從事研究工作，但他的心里一直裝著輸電等級(jí)真空斷路器的發(fā)展。
坦率而言，輸電等級(jí)真空斷路器技術(shù)的提升十分困難，十余年來(lái)我們課題組一直沒(méi)有停止這項(xiàng)工作的推進(jìn)，但進(jìn)展并不快。自2003年正式立項(xiàng)開(kāi)始研發(fā)126kV單斷口真空斷路器，一路走來(lái)遇到無(wú)數(shù)難題。研究平臺(tái)和試驗(yàn)條件全部都是重新建設(shè)的，產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方案多次反復(fù)，包括最后的型式試驗(yàn)都遇到許多意想不到的困難。其中有些試驗(yàn)方法對(duì)西安高壓電器研究院也是新課題，這也導(dǎo)致了型式試驗(yàn)前后持續(xù)兩年之久。但在這些年的不斷努力的過(guò)程中，我們成功研究開(kāi)發(fā)了新的試驗(yàn)平臺(tái)，嘗試了無(wú)數(shù)的新方案、新技術(shù)，前后培養(yǎng)的博士生、碩士生二三十名，撰寫(xiě)的論文達(dá)到200余篇，獲得的授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利達(dá)30余項(xiàng)，并且在2013年通過(guò)了126kV/2500A/40kA單斷口真空斷路器的全部型式試驗(yàn)。這項(xiàng)研究的完成標(biāo)志著我國(guó)在輸電等級(jí)單斷口真空斷路器的研究方面走在了國(guó)際前列。
我們所獲得的成功，不僅是我們努力的成果，同時(shí)也承載著老一輩科研工作者無(wú)數(shù)的智慧與汗水。當(dāng)我們將這本總結(jié)這項(xiàng)研究工作的專(zhuān)著完稿之時(shí)，王季梅教授的身影再一次浮現(xiàn)在我的腦海中：他不辭勞苦地帶領(lǐng)學(xué)生到相關(guān)真空開(kāi)關(guān)企業(yè)和試驗(yàn)站參加現(xiàn)場(chǎng)研究工作；以80多歲的高齡堅(jiān)持參加課題研究進(jìn)展分析會(huì)；90歲高齡來(lái)到我們新開(kāi)發(fā)126kV合成回路現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工作；還有遇到挫折時(shí)他那充滿激情一句我們肯定行。這些場(chǎng)景至今依然歷歷在目，不斷鼓舞著我們繼續(xù)前行。
王季梅教授已經(jīng)于2014年永遠(yuǎn)離開(kāi)我們了，他沒(méi)能看到這本書(shū)的出版，但我想，這本書(shū)的出版將會(huì)是我們學(xué)生輩們對(duì)老師最大的告慰。
謹(jǐn)將此書(shū)獻(xiàn)給我們尊敬的王季梅老師！