采用真空开关的人工过零直流开断技术由于其在较高电压等级直流开断方面潜在的优势和应用价值受到了国内外研究者的关注。其开断过程主要涉及主断路器（真空断路器）和换流开关（真空触发间隙）内真空电弧产生、发展、快速过零和熄灭的过程，这些过程中的电弧特性对开断性能有重要的影响。与开断过程中电路动态特性，如换流过程、过电压产生和抑制等的研究相比，对于开断过程中电弧动态特性的研究较少。本文主要针对基于人工过零的直流开断中主断路器内真空拉弧的初始扩散过程、真空触发间隙内触发真空电弧的初始扩散过程以及电流快速过零过程中电弧的动态特性进行研究。　　本文首先对真空拉弧初始扩散过程中的电弧特性进行了实验研究。采用平板电极、杯状电极（产生钟形纵向磁场）、线圈电极（产生马鞍形纵向磁场）重点研究了纵向磁场及其分布对拉弧扩散过程和电弧形态转变的影响规律。此外还研究了起弧位置和阳极材料对真空拉弧初始扩散过程的影响。研究结果表明纵向磁场对真空拉弧的初始扩散过程具有两个相反的作用，即抑制作用和促进作用，这两种作用共同控制着电弧的扩散过程。研究结果还表明马鞍形分布的纵向磁场能更有效的促使真空电弧转变为扩散态，特别是在大电流燃弧中，马鞍形分布纵向磁场的这一促进作用更加明显。　　其次，采用有限元计算软件ANSYS计算了电流快速过零阶段弧隙间的纵向磁场分布，并对真空拉弧和触发真空电弧在电流快速过零阶段的特性进行了实验研究。最后研究了涡流引起的纵向磁场滞后对阴极斑点运动和分布特性的影响。实验研究结果表明，与电流以工频过零相比，在电流快速过零阶段，电弧的形态和阴极斑点的整体分布明显滞后于电弧电流的变化，燃弧历史对电弧的形态和阴极斑点的整体分布影响更加显著。从这一角度来说，在电流快速过零前使电弧完全扩散有利于提高电流开断能力。　　此外，采用平板电极外加纵向磁场，通过大量系统的实验对触发真空电弧阴极斑点的初始扩散过程进行了实验研究。研究了阴极斑点初始扩散过程中的动态特性及纵向磁场的影响。并着重研究了电弧电流、电极开距和纵向磁场对阴极斑点径向径向扩散速度的综合影响机理。实验研究表明，电极开距的变化对阴极斑点径向扩散速度有两个相反的作用。一方面，开距增大使得电弧等离子体的损失增大，导致新阴极斑点在弧根内生成的概率减小，最终导致阴极斑点的扩散增大。另一方面，当开距增大至一定程度，弧柱的收缩变得严重，使得弧根中心区域等离子体密度增大，导致阴极斑点的径向扩散速度减小。纵向磁场可以削弱开距变化对阴极斑点径向扩散速度的影响。开距为8mm和10mm时，对于给定的纵向磁场存在一个临界电流。当电弧电流峰值大于这一临界电流时，给定的纵向磁场不足以抑制弧柱在大开距下的收缩，在这种情况下，开距为8mm时阴极斑点的径向扩散速度大于开距为10mm时阴极斑点的径向扩散速度。临界电流的大小随着纵向磁场的增大而增大。且在本文的实验条件下，纵向磁场强度和临界电流的比例接近于3~4 mT/k A。　　最后，建立了大电流真空电弧中多阴极斑点在电弧自生磁场和外加纵向磁场下的运动模型，在模型中考虑了电极系统中的电流分布对磁场的影响，并提出了基于磁场叠加原理和坐标变换的磁场计算方法。利用这一模型就纵向磁场及其分布对阴极斑点扩散过程的影响进行了初步的仿真研究。仿真结果进一步证实了，与钟形分布纵向磁场相比，马鞍形分布纵向磁场能使阴极斑点在电极表面分布更加均匀。此外，还以实验所拍摄的阴极斑点在扩散阶段初期的分布为初始条件，对触发真空电弧阴极斑点的初始扩散过程进行了仿真，仿真得到的阴极斑点分布和径向扩散速度与实验结果较为吻合。　　本文的工作对于深入了解基于人工过零的直流开断中真空电弧的动态特性及各种因素的影响规律和作用机理有重要意义，对于直流开断装置的优化设计也具有一定的理论指导意义。