随着我国智能电网的不断发展,“智能型高压开关设备”已逐渐成为电网大规模建设中的优势选择。本文以提高气体绝缘金属封闭开关设备(Gas Insulated Switchgear, GIS)中隔离开关操作的智能化水平和可靠性为研究目标,采用理论研究与实测数据相结合的方式,分析隔离开关操作速度对触头间隙重击穿过程和快速暂态过电压(Very Fast Transient Overvoltage, VFTO)特性的影响,提出隔离开关调速抑制VFTO的研究思路。针对隔离开关操作速度可控的设计要求,提出应用于550kV GIS隔离开关的有限转角永磁驱动电机(Limited Angle Permanent Magnet Motor, LAPMM)操动机构和控制方法,开展隔离开关操作特性实验研究,分析调速操作中触头间隙重击穿过程和VFTO特性,为后续实现隔离开关本体抑制VFTO奠定理论和实践基础。本文从VFTO全波形计算、驱动电机本体设计、控制系统研发、隔离开关操作特性实验等方面进行研究,主要开展以下研究工作：(1)研究GIS隔离开关分合闸操作中多次重击穿产生机理,建立触头间隙动态电弧数学模型,根据武汉交流实验基地中的VFTO试验回路布置方式,建立隔离开关触头间隙多次重击穿VFTO全波形计算模型,提出重击穿过程变步长仿真分析方法,计算得到分合闸操作过程中隔离开关电源侧和负载侧的VFTO全波形和触头间隙多次重击穿过程中相关数据。研究隔离开关操作速度对VFTO幅值特性、重击穿次数和重击穿过程持续时间的影响,统计分析不同操作速度下短母线残余电压和最大VFT O的概率分布,确定操作速度与VFTO特性间的特征关系。通过与已有的VFTO现场实测数据进行对比分析,验证仿真模型和计算方法的准确性和适用性。(2)以ZF27-550型550kV GIS隔离开关为研究对象,根据其整体结构及传动方式,建立隔离开关电机操动机构多体动力学数学模型,计算得到触头行程与LAPMM转角间的数学关系,归算得到LAPMM主轴侧等效转动惯量及负载转矩特性。采用主体结构参数理论分析与动态性能仿真计算相结合的方法对LAPMM进行综合设计,提出定转子结构、气隙长度等参数的理论设计依据。建立LAPMM有限元计算模型,研究驱动电机气隙和定子齿部的磁饱和效应,计算分析不同结构参数对电机动态特性的影响。研究LAPMM绕组换相过程转矩波动的抑制方法和基于绕组电流的换相方法,确定LAPMM总体设计方案,研制电机样机。(3)研究隔离开关电机操动机构的运动可控性,建立LAPMM转速与操作电压间的数学关系,提出基于径向基函数(Radial Basis Function, RBF)神经网络的PID控制方法,构建神经网络主体结构,建立RBF神经网络整定PID控制系统的仿真计算模型,对比分析双闭环PID控制方法和RBF神经网络整定PID参数控制方法作用下,隔离开关电机操动机构操作过程的速度跟踪控制特性和抗扰动性能。根据电机操动机构工作原理和调速控制方法技术要求,建立以数字信号处理器(Digital Signal Processing, DSP)为运算核心的控制装置设计方案,研发上位机通信协议和操作控制主程序。(4)根据550kV GIS隔离开关与电机操动机构运动配合特性,设计隔离开关传动机构与LAPMM主轴间的机械连接方案,建立联机实验平台并设计实验方法。开展隔离开关电机操动机构恒定PWM操作特性的实验研究,分析储能电容器组充电电压对隔离开关操作速度的影响。开展隔离开关电机操动机构调制PWM操作特性的实验研究,建立隔离开关分段式调速操作方案,实现隔离开关电机操动机构分段式调速操作,计算得到了隔离开关调速操作中触头间隙重击穿过程和VFTO特性。