随着我国大电网工程的发展,对高压线路配套设备的技术需求不断提升。高压断路器作为高压线路中最重要的控制与保护设备之一,其产品性能直接决定了电网线路的可靠性。高压断路器具有中低压断路器所不具有的载荷大、瞬时冲击强烈等非线性特征,这些特征影响高压断路器的稳定运行,最终影响高压线路的可靠性。如何综合考虑高压断路器中液压系统-机构系统-灭弧室系统三者综合作用下所产生的瞬态非线性特性不仅是工程界也是学术界都亟需解决的问题。本文通过从高压断路器工程试验中出现的非线性现象出发,总结出这些非线性特征产生机理,然后针对这些非线性特性进行理论建模、仿真计算与试验结果相结合开展研究,最终建立高压断路器整机联合仿真平台,针对高压断路器中关键非线性特性进行研究,主要研究内容如下:1、基于高压断路器结构特点与工作特性,针对高压断路器中关键非线性特性进行工程试验研究。通过设计合理的试验方案以期降低试验过程中环境的影响,并在最大程度上以不破坏原有结构为基础进行试验。通过合理的数据分析处理,消除主要测量误差对试验结果的影响。通过试验研究,总结出引起高压断路器非线性特性的关键因素为工作缸中的液压冲击、灭弧室内流场分布与机构的柔性与配合,明确论文主要研究内容,并为后续理论与仿真计算提供对比数据。2、以高压断路器所采用的高速缓冲工作缸为研究对象,通过缓冲理论模型建立集中参数模型与综合动力学模型,并基于CFD方法建立六自由度模型。通过对比三种模型的优劣,指出综合动力学模型具有较高的计算精度与工程应用价值。最后通过CFD仿真模型计算结果对工作缸缓冲过程中的渐变过程进行理论建模,通过不同的数学方程与工作缸运动行程指定缓冲渐变过程来修正已有的缓冲理论模型。通过与原有理论模型与试验数据进行对比,验证修正缓冲理论模型的可行性。3、通过分析高压断路器灭弧室的灭弧机理,建立灭弧过程中流场变化过程的理论模型,并以此为基础通过合理的结构简化建立灭弧室系统集中参数仿真模型,并将仿真模型与建立的CFD仿真模型、试验数据进行对比,分析灭弧过程中流场的分布与关键点压力变化。最后通过将机构的非线性特性影响下所表征的机构运动特性作为边界条件加载到CFD仿真模型中,探究了机构系统非线性特性对灭弧室内流场分布的影响。4、在对液压系统与灭弧室系统的研究基础上,加入考虑机构非线性特性影响的机构模型,通过设立合适的系统联合仿真端口与编译平台,建立髙压断路器整机模型的机-液-气联合仿真模型,并通过该模型对工程实例进行计算。最后基于联合仿真模型,对高压断路器中影响工作缸缓冲效果的工作缸结构参数与影响灭弧室灭弧效果的机构系统参数进行研究,为后续对高压断路器的优化提供参考方案。本文的研究内容深入探讨了在高压断路器系统中液压系统-机构系统-灭弧室系统综合作用下所体现的非线性特性及其产生机理,探讨了相关参数对系统非线性特性的影响规律,建立的高压断路器整机联合仿真模型具有较强的工程实用价值,为高压断路器相关工程技术人员提供一种系统设计的科学分析方法与手段,具有一定的理论与实践指导意义。