气体绝缘母线(Gas Insulated Bus, GIB)是在电力系统应用广泛的输变电设备之一,采用绝缘性能优良的SF6气体实现产品的紧凑设计,具有较高的运行可靠性。在气体绝缘母线导电回路内设置有多个插接式电气接头用来吸收产品装配公差,并消除因负荷电流和环境温度变化产生的热应力对导体和盆式绝缘子的损害,气体绝缘母线接头的可靠连接对设备和电力系统安全运行至关重要。尽管在气体绝缘母线接头的功能设计过程中已经考虑到诸如接头的载流能力,以及短路电流冲击下的动稳定性和热稳定性等因素,然而在设备运行过程中不可避免产生接头接触失效现象,使得接头性能逐渐退化甚至过热烧毁进而造成电力系统短路事故。因此,研究不同运行工况下气体绝缘母线接头接触失效机理,有助于实现对气体绝缘母线接头优化设计和接头过热性故障监测,从而提高其电气连接的可靠性,确保设备和电力系统的安全稳定运行。本论文立足于气体绝缘母线接头的电气性能、机械性能和热性能,探讨了气体绝缘母线接头接触失效的机理,在气体绝缘母线接头多场耦合数值模型建立、循环热载荷和短路电流冲击作用下气体绝缘母线接头接触失效机理分析以及气体绝缘母线接头接触失效试验模拟等三个方面进行了研究。气体绝缘母线在运行过程中,工频电流产生的交变磁场将在外壳上感应出涡流,载流体和交变磁场相互作用所产生的涡流损耗和电磁力能够使设备产生温升和振动等物理现象。本文分析了在弹簧抱紧力和导体重力联合作用下,气体绝缘母线接头触点接触压力和接触半径的分布,在此基础上通过在接触表面设置导电桥来模拟接头触点的电流收缩效应和电磁斥力；基于A-I场路耦合方法建立了受外部电路约束的气体绝缘母线电磁-机械多场耦合有限元模型,将电磁场分析得到的气体绝缘母线各部分的体积电磁力通过载荷传递算法施加到机械场数值模型中进行设备的动力学分析,将有限元数值解与镜像电流法以及外壳振动测试结果进行了对比,验证了该数值模型的有效性。气体绝缘母线接头运行状态往往受到电磁、热和机械力多种因素的相互作用的影响,在分析气体绝缘母线接头接触状态及影响因素的基础上,结合接头材料物性参数随温度变化的特性,建立了气体绝缘母线接头电磁-热-机械耦合场数值模型,并将不同电流下气体绝缘母线接头温升计算结果与测试结果进行了对比分析,验证所建立数值计算模型的有效性。利用该模型研究了正常运行条件下气体绝缘母线接头的电磁场、温度场和应力场分布,结果表明受导体重力,趋肤效应和临近效应的影响,气体绝缘母线接头各个触点上接触压力,电流密度和温升存在显著差异,严重影响了接头接触的可靠性。本文所建立模型能够客观反映不同运行条件下气体绝缘母线接头的接触特性,为气体绝缘母线接头接触失效研究和设计提供了有效的计算方法。气体绝缘母线设备的运行过程中,由于负荷电流引起的温度变化和环境温度的变化产生的循环热载荷作用,气体绝缘母线接头与导体间会发生相对滑移现象而导致接触失效。基于低速摩擦学理论建立了气体绝缘母线接头摩擦滑移数值计算模型,研究了循环热载荷(日负荷电流引起的温度变化和日环境温度变化)作用下气体绝缘母线接头与导体间的相对滑移特性；进行了气体绝缘母线接头滑移物理模拟试验,对理论研究进行验证。物理模拟实验结果表明,在负荷电流和环境温度变化引起循环热载荷作用下,气体绝缘母线导体和接头之间产生了相对滑移,使得导体对接深度逐渐减少进而导致接头接触失效,验证了理论研究的正确性。同时,采用所建立的气体绝缘母线接头摩擦滑移数值计算模型,针对气体绝缘母线接头烧毁的现场实例进行了分析计算,进一步验证了理论研究的正确性。短路电流冲击气体绝缘母线设备时,在导体与接头处产生的短路电动力和温升可能导致气体绝缘母线接头的接触性能加速退化。为研究短路电流冲击下气体绝缘母线接头接触失效机理,基于所建立的气体绝缘母线多场耦合有限元数值模型,分析研究了不同短路电流冲击下气体绝缘母线各部分的电动力空间分布特性和时变特性,计算结果表明,气体绝缘母线各部分的短路电动力特性与短路故障类型以及导体空间排列相关,且在短路电动力冲击下,气体绝缘母线导体与接头间发生较大移位,部分触点接触压力急剧减小,温升急剧增加甚至使气体绝缘母线接头部分触点过热熔化,从而加速了气体绝缘母线接头接触失效过程,大大缩短了母线接头的实际使用寿命,研究结果可为气体绝缘母线动稳定和热稳定的设计提供理论依据。气体绝缘母线接头接触失效并过热熔化后,将会引起气体绝缘母线内部电场畸变甚至造成闪络。为研究气体绝缘母线接头接触失效并过热熔化后的电场分布影响,建立了接触失效条件下气体绝缘母线内部静电场的计算模型,采用该模型分析了接头接触熔化所形成屏蔽罩针状尖端、金属熔滴下落以及金属熔滴颗粒附着于气体绝缘母线母线筒内壁过程中的电场分布,在此基础上,推断了气体绝缘母线接头接触失效过热而引发短路故障的物理过程。本课题通过理论研究、仿真计算及物理模拟试验,揭示了热循环载荷和短路电流冲击下气体绝缘母线接头的接触失效机理。研究成果不仅可为气体绝缘母线设备的运维和接头过热性故障监测提供理论依据,而且对气体绝缘母线的设计制造以及现场安装具有指导意义。本研究成果对预防气体绝缘母线接头过热性故障的发生,进而避免气体绝缘母线发生短路故障,保证电力系统安全与稳定运行具有重要的工程意义和实际应用价值。