随着电力系统输变电线路电压等级的提高,以及系统容量的不断提升,对高压电器设备绝缘性能提出了更高的要求。良好的绝缘性能直接影响设备的整体运行和电力系统的安全与稳定。开断特性作为衡量真空断路器性能的重要指标之一,提高断路器开断能力的研究具有重要意义。为实现真空断路器超高压化,本文以72.5kV单断口真空断路器为研究基础,将三断口串联实现多断口真空灭弧绝缘系统设计。建立三维无界场域电场数学模型,采用有限元方法,对多断口真空灭弧系统进行统一绝缘系统全场域电场数值仿真与绝缘分析,得到三断口串联超高压真空灭弧绝缘结构,求得全场域电场分布以及最大场强所在位置与各灭弧单元内动、静触头沿面场强分布。通过与单断口灭弧结构电场分布对比分析,得到多断口串联后统一灭弧系统中各断口场分布变化。通过增设屏蔽结构部件,实现了各灭弧单元的匀场设计,以改善多单元串联超高压灭弧系统的绝缘性能。在上述研究基础上,为提高真空断路器的开断性能,提出了旋转磁场熄弧的新方法与盘式旋磁真空灭弧室设计方案,基于所建立的三维磁场物理数学模型,采用有限元法对真空灭弧室内部电弧区域磁场进行数值仿真与计算。研究表明:由于旋转磁场的作用加速了电弧能量的逸散,有利于电弧的快速熄灭,减小了触头的烧蚀,可延长真空断路器使用寿命。基于旋转磁场吹弧机理,将旋转磁吹式熄弧与横磁吹弧、纵磁吹弧相结合,提出了盘式旋磁横吹真空灭弧室及盘式旋磁纵吹真空灭弧室的组合旋磁设计方案。同时,采用两组线圈同轴叠放的方法,且在轴向错开一定角度,形成两组在时间、空间上不同的旋转磁场,以增强旋转磁场的磁吹作用。