随着能源短缺和环境污染等全球性问题日益突出,可再生能源直流输电成为电力系统发展的主要方向。由于真空介质具有环境优好的优点,使得真空断路器逐渐成为中压配电领域的主要开断装置。燃弧过程真空电弧的形态分布特征会影响等离子体的输运特性,同时是弧后介质强度的恢复过程的初始条件,直接决定断路器能否成功开断故障电流,是设计断路器参数的重要考虑要素。相比于工频电弧,快速过零工况下等离子体往往来不及扩散,对弧后介质恢复提出了更严苛的要求,调控真空电弧燃弧过程微观粒子快速均匀化,将断路器有利于提升开断可靠性。因此,本文针对起始扩散过程不同条件下真空电弧形态和微观粒子动态分布展开相关研究。为了研究起始扩散过程真空电弧微观粒子的动态变化,论文设计了实验参数并搭建了真空电弧微观粒子诊断平台,结合真空电弧宏观形态,配合图像处理和微观参数计算程序,对不同条件下等离子体参数空间分布进行相应的计算。实验研究结果表明,起始扩散阶段电子密度在径向方向逐渐衰减,轴向方向按照弧柱、阴极区、阳极区依次递减;电子温度在径向方向上有上升趋势,中心区域电子温度在1×10~4 K以下,轴向方向与电子密度分布趋势相反。随着燃弧时间增加,弧柱区电子高密度范围逐渐向外“膨胀”,电子密度最大值先于电流峰值时刻出现,电子温度对燃弧时间“不太敏感”。随着电流幅值增加,电子密度水平显著增加,电子温度相应更低;中高频条件下燃弧时间短,扩散速度慢,相比工频条件电子温度和密度较工频条件更高,且径向分布波动性更强;纵磁开六槽触头电子密度幅值较低,径向衰减更规则,添加铁磁材料触头对应中心区域电子密度更高,平板触头对应电子密度径向出现明显波动,三种触头结构对应电子温度按照铁磁、平板、纵磁依次递减。燃弧过程中的能量功率和作用面积是影响电子密度水平的两个主要因素。本文的研究结果可以为调控真空电弧燃弧阶段微观粒子输运过程提供依据,控制弧后介质恢复阶段初始等离子体密度,对于提升真空断路器开断可靠性具有重要意义。