特高压工程建设迅速发展,带来巨大的经济效益、社会效益的同时,在建设、运行中也存在自身的技术问题。特别是特高压无功补偿设备126kV电容器组专用断路器,其不但要满足短路40kA电流开断,也要保证额定1600A小电流开断3000-5000次,且弧后不发生重击穿现象。课题从电容器组断路器小电流开断中的燃弧和介质恢复过程两方面开展研究。通过对断路器开断小电流非平衡态电弧特性、弧后介质恢复特性与关合预击穿特性的机理与试验研究,优化断路器灭弧室结构,给出断路器操作控制策略,应用到SF6断路器产品设计研发中,满足断路器高电气寿命的操作要求。本文主要做了如下几个方面的工作：(1)开展高气压SF6气体中热力学非平衡态电弧等离子体空间输运及时间弛豫过程的机理研究。建立热力学非平衡态电弧双温度等离子体数学模型,获得电弧等离子体非平衡态向平衡态过渡的驰豫时间,确定各输运过程的输运系数(电导系数、热导系数、粘滞系数等)。得到气体组分密度和电子、重粒子、激发温度等微观参数,建立SF6高气压电弧等离子体热力学参数、输运参数及驰豫参数与开关操作过程中电气参数之间的联系,给出电弧等离子体由热力学非平衡态到平衡态过渡的压强和温度边界条件。(2)高压SF6断路器非平衡态电弧熄弧特性研究。建立非平衡态等离子体电弧多物理场耦合计算模型,从气流过程、能量过程、电磁过程的角度,更加真实的模拟气流作用下等离子体电弧参数的动态变化。计算126kV断路器负载开断过程压气特性、气流特性、电弧特性,得到熄弧时刻灭弧室内的压强、温度、密度、输运参数和热力学参数分布；通过对气流场和温度场的耦合计算,分析不同物理过程对电弧熄弧特性的影响。(3)断路器小电流开断介质恢复特性机理研究。提出了基于双温度电离平衡方程的介质恢复特性数学模型,计算冷态开断不同压强、电场条件下电子密度、电子温度的变化规律,给出不同压强下的击穿场强和击穿电压值。分析弧触头烧蚀、电弧能量、气体压强和开断速度对介质恢复特性的影响,考虑到小电流短燃弧和短路大电流开断介质恢复特性,优化灭弧室结构,提出容性小电流高电气寿命开断和选相关合策略,满足断路器C2级容性开断3000次要求。(4)高压断路器介质恢复特性试验研究。建立电容器组开关动态击穿特性试验回路,完善断路器开合过程介质恢复特性的试验方法,首次给出电容器组断路器冷态开断介质恢复特性试验曲线和关合预击穿特性试验曲线,分析压强、关合速度、电压极性等因素对介质恢复特性的影响,试验结果指导了断路器仿真计算方法,给出关合选相控制参数,直接应用到电容器组断路器的设计研发中。对比分析试验测试与仿真计算结果,确定合闸相角与预击穿时间、电压的关系,给出选相关合控制策略。