GIS中隔离开关操作能够产生特快速瞬态现象,因其中的特快速瞬态过电压(Very Fast Transient Overvoltage, VFTO)幅值高、陡度大,对设备绝缘具有一定威胁。仿真能够节省时间和资源,是研究特快速瞬态现象的重要手段。但是现有的隔离开关电弧模型(包括固定电阻、时变电阻模型等)不能准确反映电弧的瞬态变化,因此仿真存在不准确、难于外推等缺点,限制了仿真研究的发展。其根源在于缺乏对电弧中微观物理过程的深入模拟。粒子模拟方法(Particle In Cloud, PIC)能够模拟微观粒子在电磁场作用下的集体运动,在真空器件等研究领域有着广泛的应用,是一种很有前景的基于微观的仿真模拟方法。但是现有的PIC方法不能应用于隔离开关电弧的模拟。主要是PIC模型中缺少适用于高气压下的碰撞、光电离、阴极光电发射模型等。因此,有必要对基于PIC的隔离开关电弧模型开展研究,进而仿真研究特快速瞬态现象。现有的PIC方法一般应用于低气压或者真空等离子体的模拟。而隔离开关中的SF6放电具有气压高、粒子数目大的特点。现有的PIC采用超粒子模型(Super Particle Model)解决粒子数量问题。但是超粒子模型是一种无碰撞算法,无法处理SF6放电中的粒子碰撞。因此,本文提出了抽样粒子模型(Sample Particle Model)。抽样粒子是与全粒子速度分布相同的少量粒子,通过计算它们的运动和碰撞来获得新的速度分布,采用统计-再抽样算法使抽样粒子与全粒子保持相同的速度分布。抽样粒子模型能够处理碰撞,并能减少计算量,解决了SF6放电气压高、粒子多的问题。现有的PIC中没有光电离和阴极光电发射的模型,但在高气压SF6中光电离和阴极光电发射是放电过程中的重要机制。本文提出了一种光电离、阴极光电发射的模型及其高效算法。该模型把光电离和阴极光电发射看作光子参与的碰撞反应。并且利用了光速和碰撞截面的不变性,在蒙特卡洛碰撞(Monte Carlo Collision,MCC)的基础上加以改进,使其计算效率有很大提升。由于高气压SF6放电缺少基础实验数据,为了验证上述两种算法的正确性,本文采用了文献中氩气放电的实测数据进行了仿真的对比验证。用实测电子漂移速度、电离碰撞系数验证了抽样粒子模型的正确性。通过观察有无阴极光电发射、光电离算法时气体间隙中的电子的增殖过程,验证了阴极光电发射、光电离算法的有效性。仿真还获得了放电通道的伏安特性,与实测数据能够很好吻合。考虑到SF6是一种电负性气体,本文建立了SF6吸附与复合算法,实现了粒子模拟与电路仿真的结合,形成了基于PIC的隔离开关瞬态电弧模型。在此基础上,进一步建立了252kV GIS中的VFTO仿真模型。仿真分析了252kV GIS中单次击穿VFTO波形,与现有指数模型相比,本文模型VFTO幅值的误差减小了13%左右,较大的提高了仿真精度,波形中高频振荡的衰减也更接近试验结果。建立了隔离开关分合闸全过程随机模型,仿真获得了VFTO波形的统计特性,其统计分布也与实测分布非常接近。本文中的建模方法对特高压VFTO特性的研究具有重要参考价值。