随着输电系统电压等级的提高和特高压输电工程的建设,交流输电线路单相接地潜供电弧自熄特性问题日渐突显,对确保系统单相重合闸成功率具有重要意义。现有研究对潜供电弧这种处于开放环境中的长间隙小电流空气电弧的物理特性涉及甚少,本文在大量电弧试验基础上,建立了输电线路潜供电弧仿真模型,计算潜供电弧自熄特性,为确定系统单相重合闸整定时间提供指导。从模拟试验角度出发,设计了10kV试验回路,进行了长间隙小电流燃弧试验,结合国家电网公司特高压交流输电工程关键技术研究潜供电流自熄特性的项目,进行了特高压输电线路潜供电弧自熄的模拟试验。测量了电弧试验波形,拍摄了电弧的动态图像,阐明了电弧电压和电流波形的发展轨迹,给出了电弧的弧道电阻和动态伏安曲线,揭示了电弧自熄的弧阻特征。对燃弧时间与电流、恢复电压梯度和风的关系进行了统计分析,结果表明风对电弧自熄的影响显著。根据空气电弧等离子体辐射的光谱诊断原理,结合彩色CCD的光谱响应特性,由经光学预处理的彩色CCD高速图像采集系统拍摄长间隙空气电弧图像,采用数字图像处理技术分析电弧彩色位图文件,通过阿贝尔变换得到电弧径向光强分布,用比色方法计算电弧温度。设计并研制了长间隙空气电弧温度测量系统,对小电流电弧温度特性进行了测量和分析,为研究潜供电弧自熄特性提供了参考和依据。基于传统电弧理论和试验研究结果,采用非线性时变电阻描述弧道特性,区别短路电弧与潜供电弧的特性差异,建立弧道电阻动态方程,分析潜供电弧的运动特性,获得电弧实时长度以迭代计算弧阻,结合潜供电流零休时间较长的特点,根据能量守恒原则提出了判断电弧是否熄灭的弧阻判据,给出了计算潜供电弧特性的等效电路和仿真流程,建立了潜供电弧仿真模型。编制了实用程序,对10kV试验回路产生的小电流电弧和特高压输电线路潜供电弧模拟试验的电弧电流、电压、弧阻和燃弧时间等特性进行了仿真计算,与试验结果基本一致。本文研究电弧长度的实时变化和电弧自熄的弧阻特性,提出了一种计算输电线路潜供电弧自熄特性的仿真模型。结合我国特高压交流试验示范工程,运用本文建立的潜供电弧仿真模型,对电弧的运动特性、电流波形等进行了仿真计算,得到了潜供电弧自熄时间。在特高压交流试验示范工程进行的人工单相短路接地试验表明,仿真结果与现场的实测结果基本吻合,验证了输电线路潜供电弧仿真模型的正确性和有效性。上述研究成果表明,本文提出的潜供电弧模拟试验方法合理、结论可信,潜供电弧温度测量系统可有效获得电弧等离子体温度特性,试验结果对分析电弧自熄特性和建立潜供电弧仿真模型具有参考价值,文中建立的潜供电弧仿真模型用于分析潜供电弧自熄特性是可行的,可直接计算潜供电弧自熄时间,具有工程实用价值。