配电网线路分布广泛，但防护措施欠缺，绝缘子易受过电压或雷击诱发冲击闪络电弧，造成断路器跳闸、绝缘子破裂和线路断线等故障，尤其在山区复杂地形下越加频发，危及供电安全。

为抑制闪络电弧存续，国内外学者提出由多个半密闭腔室串联的多腔室灭弧装置，其淬弧效果及半密闭腔室结构如图1所示。半密闭腔室由两端金属电极、与外界相通的极间气隙和绝缘材料包覆构成。线路遭受雷击或过电压时，装置先于绝缘子闪络，并将线路间隙内的长电弧截断为若干段短电弧，腔室内气体受热膨胀进而加速电弧与外界气体对流耗散，实现保护线路绝缘子、抑制间隙闪络向工频续流电弧转变的目的。

图1 多腔室灭弧装置淬弧效果及半密闭腔室结构

多腔室灭弧装置具有成为配电网线路防护增补措施的潜力。半密闭腔室作为多腔室灭弧装置的基本单元，优化腔室设计对提升多腔室灭弧装置的灭弧性能具有重要意义。但是，腔室内冲击闪络电弧演变进程尚缺乏完备的观测手段和针对不同电极结构的直观对比，以及弧后气体状态的量化分析。

为进一步完善半密闭腔室内电弧演变过程观测方法，优化结构设计，输变电装备技术全国重点实验室（重庆大学）的袁涛、杨泽文等，搭建了用于观测半密闭腔室电弧及弧后气体演变的高速纹影系统，对比分析了开放气隙与半密闭腔室气隙、U型电极和球形电极下半密闭腔室内冲击闪络电弧演变过程，根据纹影图像数据定义密度恢复率，并采用光流法探讨了弧后气体逸散过程中气体密度恢复和速度场分布。

图2 半密闭腔室淬弧实验观测平台

图3 实验试品结构尺寸

电弧演变过程的纹影图像表明，半密闭腔室较开放气隙具有主动“吹弧”作用，由于自感应磁场的分布差异，U型电极较球形电极加速腔室内电弧运动；弧后气体演变为近似涡环结构，促使腔室出口邻近区域气体密度率先恢复，空气自恢复能力得到提升。

图4 U型电极腔室电弧及弧后气体演变灰度纹影图像

图5 弧后气体速度分布计算流程

本工作成果发表在2024年第3期《电工技术学报》，论文标题为“半密闭腔室内冲击闪络电弧观测及弧后气体逸散过程研究”。本课题得到国家自然科学基金面上项目的支持。