有载分接开关是有载调压变压器的关键组件,其动作特性将直接影响电力系统可靠调压,甚至电力系统的稳定运行。切换芯子是有载分接开关中承载和通断负载电流的核心部件,近年来由于其动作异常造成的变压器故障事件屡有发生。本文针对有载分接开关切换芯子机械动作特性与电气动作特性分析不足的问题,分别提出了动作特性的有限元仿真方法和测试分析方法,进而联合电信号和振动加速度信号确定了M型有载分接开关动作过程中的完整时序和特征参数,获得了触头开距对切换芯子动作特性的影响规律。首先,分析了有载分接开关切换芯子的结构特征和工作原理。理论推导了枪击释放机构驱动转矩和输出转矩的计算公式。基于机构的传动原理,确定了转轴转角与弧触头和过渡触头位移间的对应关系。将切换芯子动作过程划分为7个阶段,详细分析了各阶段内电流路径、切换芯子端电压以及变压器输出电压的变化过程。然后,基于有限元仿真软件COMSOL Multiphysics分析了切换芯子的机械动作特性以及稳态电接触特性。在简化处理模型的基础上,综合应用弹簧阻尼等效法和枪机释放机构限位法,建立了切换芯子结构的有限元仿真模型,进而应用多体动力学模块实现了切换芯子机械运动过程的瞬态响应分析。研究了储能弹簧刚度对触头组动作时序的影响,进一步仿真分析了稳态接触状态下接触压力与接触位置对接触电阻的影响。仿真结果表明,随着接触压力的增加电接触形式将由点—面接触过渡到线—面接触。其次,设计并实现了有载分接开关切换芯子动作模拟实验系统。设计的机械结构具有弧触头和过渡触头开距独立可调的特点。开发的测控系统可高速同步测量切换芯子触头电压、电流信号以及振动加速度信号。基于Lab VIEW软件编写的程序可实现切换芯子的动作控制以及触头通断时序等特征参数的自动计算。最后,实验研究了触头开距对切换芯子电气特性和振动特性的影响。通过切换芯子电信号波形测试结果的分析,验证了仿真分析结果的准确性。进一步分析了触头电流、触头开距对弧触头和过渡触头分合时刻的影响,进而提出了以燃弧时间判定弧触头健康状态的方法。综合电信号与振动信号,提出了切换芯子触头分合全时序的确定方法。另外,建立了触头开距与总动作时间的数学模型,并完整提出了切换芯子振动加速度信号特征的提取方法,并分析了振动加速度信号主振频率和主振峰值的影响。本研究所得的结果可用于有载分接开关切换芯子的结构优化设计,对于有载分接开关的在线故障检测亦具有实用价值。