通过搭建脉冲加载下的激光辐照沿面闪络实验平台,考察了锥角绝缘子受激光辐照时的真空沿面闪络性能。结果表明: 不论是紫外光(266 nm)还是可见光(532 nm)辐照在阴极三相点或者样品中间,+45°锥角绝缘子构型的性能都要优于－45°锥角绝缘子,并且紫外辐照阴极三相点对沿面闪络电压的影响较大,因此在大型脉冲功率装置中应该避免射线对绝缘堆阴极三相点处的辐照。

对比了几种不同类型的过电压因子下绝缘堆闪络概率的特点,考虑了多层均压及圆周渡越时间后得到的闪络概率更能反映绝缘堆耐压水平; 简化计算统计学经验公式中矩阵可保持绝缘堆闪络概率计算值准确性并减少过电压因子的静电场计算次数。分析在固定间隙距离下绝缘环个数与电压峰值及电场强度峰值的关系,计算结果表明: 存在最优绝缘环个数承受最高电压峰值与电场强度,承受最大工作场强的绝缘环个数下,工作电压幅值已降低很多。在选择绝缘环个数时应综合考虑,该计算方法可应用于工程绝缘结构设计中合理选取绝缘环个数。

绝缘体真空沿面闪络成为制约脉冲功率技术高电压、大电流和小型化发展应用的主要因素之一。在PTS装置的真空环境中，绝缘材料在受到软X射线辐照的情况下，其绝缘性能受到很大影响。因此为了提高PTS中交联聚苯乙烯的绝缘性能，同时更深刻地认识沿面闪络的机理，通过研究软X射线对于交联聚苯乙烯的辐照作用，观测到了不同辐照次数对于沿面闪络性能的影响。实验表明：未受到辐照的样品其真空沿面闪络性能高于软X射线辐照过的样品，而受14次钨丝阵辐照的样品其真空沿面闪络性能略高于受2次铝丝阵辐照的样品。同时，从软X射线对于绝缘体表面的辐照机理很好地解释了这种实验现象。

针对单极性脉冲电压下不同微槽结构绝缘子真空沿面闪络特性开展实验研究。根据二次电子运动特性,设计了多种微槽宽度,对比了微槽结构和平面结构的绝缘子耐压特性差异。槽宽为1 mm的微槽样品耐压水平与平面结构样品耐压水平相当,槽宽小于1 mm的样品组耐压水平均高于平面结构样品,最高电压提高倍数约为1.4,说明一定尺寸范围内的微槽设计将提高绝缘子真空耐压水平。通过电场强度计算分析微槽结构对二次电子运动的影响过程可知,较大的微槽宽度可使电子限制在槽内运动,较小的微槽宽度将抑制初始电子的发展,最终二者都能达到抑制闪络的目的。通过显微镜观测各组样品表面特征,材料表面微观缺陷将可能降低材料耐压水平。

基于磁场闪络抑制原理，研究了由回路电流产生的同轴自磁场对径向真空固体绝缘界面沿面闪络特性的影响规律。根据同轴结构电场E和磁场B的比值与半径无关、只与电路参数相关的特点，分别设计了E/cB(c为光速)为0.041，0.05，0.056和0.062的四种同轴电极结构，开展了有磁场和无磁场两种条件下电介质的真空沿面闪络实验研究。实验结果表明，在有利于磁场闪络抑制条件的自磁场位形下，真空沿面闪络耐压水平相比无磁场情况有明显提高，且比值E/cB越小闪络电压提高幅度越大。当E/cB比值为0.041时，沿面闪络电压可提高约1.3倍；而当自磁场位形反向时，沿面闪络电压相比于无磁场情况有所降低。

绝缘体沿面闪络是制约脉冲功率技术发展的瓶颈之一。为了能对沿面闪络机理有更深的认识, 通过在沿面闪络过程中引入激光辐照的作用, 考察了绝缘样品上不同的辐照位置对于沿面闪络性能的影响。实验结果表明：辐照位置越靠近闪络起始的地方, 对沿面闪络性能的影响越大; 在沿面闪络的过程中, 不同的阶段如闪络起始阶段及电子倍增阶段在整个闪络过程中所起的作用不同。

基于磁场闪络抑制原理，研究回路电流产生的自磁场效应对固体材料绝缘性能的影响。通过计算电场强度与磁感应强度的临界比值，设计了同轴电极结构，确定了满足闪络抑制判据的电极尺寸，开展自磁场闪络抑制实验、自磁场闪络促进实验以及无磁场绝缘闪络实验，对比三种条件下绝缘材料的沿面闪络规律，分析磁场位形对材料绝缘特性的影响情况。实验结果表明:绝缘样品在自磁场闪络抑制效应影响下闪络电压提高了约15%，在自磁场促进闪络效应下闪络电压降低了约18%。

在对Marx发生器和直线型变压器驱动源(LTD)电路拓扑结构及等效参数进行分析对比的基础上，结合两种电路拓扑结构的技术特点，提出了基于Marx基本回路的混合模式LTD模块构想。在混合模式LTD模块中，每个基本回路是一个多级的Marx发生器回路，回路中只有前一级或几级开关需要外部触发，而后级开关工作在自击穿模式。计算分析表明：混合模式LTD模块设计可以有效降低LTD系统对多路同步触发的要求；独立回路式结构可提高整个混合模式LTD模块的可维护性；回路间耦合触发的方式可提高整个混合模式LTD的工作可靠性。最后，还探讨了回路内阻、磁芯损耗及Marx发生器回路中后级自击穿开关抖动对混合模式LTD模块参数设计的影响。

绝缘子的沿面闪络制约着脉冲功率系统向高电压、大电流方向发展，总结了几种实际应用条件下的最佳绝缘子构型，并对不同角度下绝缘子表面的带电情况进行了分析。结果表明，表面电荷对不同绝缘子构型的性能起着至关重要的作用，需要根据不同的应用条件来开展实验研究以确定最佳的绝缘子构型。

为解决脉冲功率系统中击穿电压最低的部分，即真空固体绝缘界面，采用磁场闪络抑制技术提高闪络电压，为研究磁场和沿面闪络电压的关系，针对不同介电常数的样品开展了一系列相关实验。实验结果表明：采用电容器对通电螺线管充电产生的脉冲强磁场稳定可靠，并且当施加在绝缘子表面磁场强度为1.1 T时，PMMA材料的闪络电压可以提高至1.8倍。