真空灭弧室以其环保和免维护等优点被广泛应用于配网设备,真空电弧弧后微观特性是表征真空灭弧室开断性能的重要参量。当弧后残余等离子体不能及时扩散至间隙外时,就存在重击穿的风险,导致真空灭弧室开断短路电流失败。现有工作对真空电弧弧后微观特性的研究主要是通过发射光谱、吸收光谱、激光诱导荧光等光学诊断方法,而这些方法都存在操作繁琐和成本高昂等问题。相较于光学诊断,Langmuir探针具有体积小、成本低、结构简单、操作方便、理论模型相对简单等特点。然而弧后残余等离子体属于非热平衡等离子体,传统的Langmuir探针诊断方法并不适用,本文旨在研究使用工作在电子饱和区的Langmuir探针对真空电弧的弧后微观特性进行诊断,设计一套弧后微观特性诊断系统,通过实验测量弧后残余等离子体参数,为真空灭弧室开断性能的优化设计提供理论依据。本文通过分析真空电弧的发展过程、弧后鞘层扩展的原理以及静电探针对弧后等离子体进行诊断的方法,从探针结构、控制系统以及数据处理程序等几个方面设计了一套基于Langmuir探针的弧后微观特性诊断系统。在此基础上,基于开关测试合成回路搭建真空电弧弧后微观特性诊断实验平台,通过改变短路电流大小、触头开距大小及触头结构等实验条件,定性分析不同情况下弧后微观特性受到的影响,通过与现有的探针诊断、发射光谱诊断以及仿真建模方法进行的研究进行对比来验证实验结果的可靠性。研究结果表明,在短路电流为2-5.5 kA、触头开距为6-14 mm时,探针诊断得到弧后电子密度为1011cm-3数量级,衰减时间为25μs,弧后电子密度会随短路电流的增大而增大,随触头开距的增大而减小,这与电弧理论基本一致。在电流为5 k A,触头开距为10 mm时使用纵磁触头的真空灭弧室相比于使用横磁触头在电流零点时的电子密度更小,且残余等离子体扩散速度更快;使用纵磁-横磁搭配组合的双断口真空开关在弧后等离子体扩散的效果上优于其他组合。短路电流为5 k A、触头间距为18 mm时,电流过零点的残余等离子体主要集中在上下电极中央,在该位置径向距离每增加1 mm,电子密度减小4×10~9 cm-3,即电子密度与径向距离呈线性相关;随着介质的恢复,残余等离子体从间隙中逐渐向外扩散,电流过零后9μs时,残余等离子体主要集中在阴极附近,此时阴极处的电子密度远高于阳极。