结合理论求解、仿真分析与实验验证，确定了影响脉冲变压器型触发器输出前沿的主要因素，并研制了一台能可靠触发真空沿面闪络开关导通的快前沿固态触发器。研究结果表明：影响触发器输出脉冲前沿的关键因素为脉冲变压器漏感、匝数比和半导体开关开通速度；不同绕制方式的脉冲变压器漏感差异很大，最小漏感绕法的变压器漏感值低1个数量级；选用开通速度优于15 ns的碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管（SiC MOSFET）、绕制低漏感（小于0.5 μH）的脉冲变压器，实现了前沿为20.4 ns（10%～90%）、幅值为16.5 kV的快前沿输出；控制SiC MOSFET的驱动脉宽在35～55 ns变化可以控制触发电流峰值在35～55 A范围内变化。

输出高电压等级的同时，为实现Tesla变压器的小型化、轻量化设计，研究了0.5 MPa SF₆气体环境中支撑绝缘子沿面闪络特性与表面电场的关系，利用有限元法建立了Tesla变压器的电场仿真模型，结合实验研究分析了支撑绝缘子沿面闪络过程，阐明了Tesla变压器关键绝缘部件的场等效实验方法和结论，根据上述分析优化支撑绝缘子结构。优化后的支撑绝缘子凹侧沿面电场最大值下降约81.5%，切向电场强度平均值降低约10.3%，法向电场强度平均值降低约30%，沿面距离增长11.8%，电场不均系数从5.03下降为1.20，电场分布改善明显，预计可以耐受1 MV负极性微秒脉冲电压。

研究纳秒脉冲下的绝缘子沿面闪络影响因素对电磁脉冲模拟装置绝缘结构设计具有重要的借鉴意义。通过搭建绝缘子沿面闪络实验平台，实验研究了在0.5 MPa的SF₆气体中，脉冲电压波形、绝缘材料和绝缘子沿面场强分布对绝缘子沿面闪络电压的影响。结果表明：绝缘子的闪络电压具有随着脉冲前沿时间减小而增加的趋势；相较于脉冲电压全波，绝缘子在脉冲电压前沿波形耐受下闪络电压较高；聚酰亚胺材料的绝缘性能最好；通过降低绝缘子沿面最大场强，改善电场分布可以有效地提高绝缘子的闪络电压。

针对在高压设备中因沿面闪络现象而发生绝缘失效的问题，对沿面闪络现象中的基础特性测量手段、影响因素及其发生机制等关键问题进行了归纳总结，介绍了目前关于沿面闪络观测手段及其影响因素研究的主要进展,并对沿面闪络过程的具体机制以及表面电荷在沿面闪络过程中扮演的作用进行讨论。其中，外在因素、电极-介质界面层因素以及真空-介质表面层因素等三大类因素在影响沿面闪络的同时也对表面电荷积聚消散造成影响，其具体机制各不相同。在沿面闪络的主流机制中，SEEA理论较完整地阐述了沿面闪络的起始过程，ETPR理论则对沿面闪络的发展过程有着更好的解释。此外，表面电荷为沿面闪络发生提供了必要电荷，其积累与消散行为对沿面闪络发展起着决定性作用。开发能够实现低二次电子发射系数与高表面电导的绝缘材料及表面改性技术将是该领域未来重点研究方向。

Blumlein主放电开关作为关键部件被大量地应用于强流电子直线感应加速器等大型脉冲功率装置中，其中绝缘子在主开关中起隔离水或油与气体的作用。设备在高电压脉冲下长时间或高频次作用时，绝缘子气体侧会出现沿面闪络现象，严重影响直线感应加速器的可靠运行。对Blumlein主放电开关中的绝缘结构进行了电场仿真计算，通过对绝缘子的几何结构和电极形状的优化设计，有效调控了绝缘子表面和电极表面的电场分布，试制了不同构型的绝缘子，开展了在标准雷电波脉冲条件下的沿面闪络研究。研究结果表明，优化后的绝缘子的最低和最高沿面闪络电压相比原始结构分别提升了约35.9%和37.2%。

为研究电脉冲触发真空沿面闪络开关在中、小通流条件下的适用性，基于直接镀铜基板工艺制作了真空沿面闪络开关样件并搭建了开关工作特性测试实验平台。通过实验手段初步研究了开关耐压特性、触发工作特性（触发延时、抖动、工作范围）和寿命特性。实验结果表明：有效间隙7.2 mm的真空沿面闪络开关直流耐压约40 kV；开关在18 kV工作电压下触发导通延时89.9 ns，抖动13.1 ns，开关在1～18 kV工作电压范围内均能可靠触发导通；连续考核约2300次后开关各项特性无明显变化。

环氧树脂作为常见的绝缘材料，在高压直流电场作用下易在其表面积累电荷，发生电场畸变，导致材料绝缘性能下降，影响电力系统运行可靠性。为改善气固界面的电荷特性和绝缘性能，在大气压等离子体射流技术的基础上，对环氧树脂表面进行等离子体梯度硅沉积处理。对改性前后环氧树脂表面理化特性、表面电导率、表面电荷消散和沿面耐压特性进行了多参数测量。实验结果表明，梯度改性对材料表面的物理形貌和化学组分均有明显影响，不同区域的电导率实现了梯度分布，加快了表面电荷消散速度，表面陷阱能级变浅；梯度改性后的样品沿面闪络电压提升幅度可达30.16%。通过等离子体表面梯度硅沉积处理能够改善环氧树脂表面电气性能，在高压直流设备的绝缘设计方面具有广阔的应用前景。

等离子体对材料的改性效果随放置时间会有所减弱，即表现出一定的时效性，限制了等离子体改性技术的进一步发展。为了探究等离子体介质阻挡放电（DBD）氟化改性环氧树脂的时效性，利用等离子体介质阻挡放电实现了环氧树脂表面氟化改性，并利用扫描电镜（SEM）、表面轮廓仪、X射线光电子能谱分析（XPS）、接触角测试仪、高阻计和闪络电压、表面电位测试系统对改性前和改性后放置在25 ℃老化箱中0～30 d的环氧树脂表面进行了物理形貌和化学组分的表征以及电气性能的测试。测试结果表明，DBD氟化改性实现了氟元素在环氧树脂表面接枝，这使得环氧树脂表面能降低，表面电阻率减小，陷阱能级变浅，从而加快了表面电位衰减速度，进而提升了沿面闪络电压。同时，等离子体DBD氟化改性环氧树脂表现出一定的时效性，放置30 d后，氟元素含量减少，表面能增大，表面电位衰减速度略有减慢，闪络电压也有所下降，但仍高于未处理的试样。

结合等离子体表面刻蚀方法与梯度改性方法，实现了氧化铝/环氧树脂表面的等离子体梯度刻蚀。利用扫描电子显微镜(SEM)、表面轮廓仪、X射线光电子能谱分析(XPS)、高阻计、闪络电压和表面电位测试系统，对比了未处理、等离子体均匀刻蚀、等离子体梯度刻蚀三种情况的样片表面形貌、化学元素和电气参数，研究了等离子体梯度刻蚀对沿面闪络性能的提升机理。结果表明，等离子体表面刻蚀可提升环氧树脂表面粗糙度、提高样片表面电导率、浅化陷阱能级以及提升沿面闪络电压。等离子体梯度刻蚀对闪络电压的提升效果要优于等离子体均匀刻蚀，相比于未处理样片最大可提升26.5%。分析认为针-针电极的电场分布可划分为三结合点处附近的高场强区和电极之间的低场强区，加快高场强区的表面电荷消散速率并适当控制低场强区表面电荷迁移速率，可以最大程度地提升样片整体的沿面闪络性能。