电力系统发展壮大至今,雷电仍然是困扰电网运行安全性、可靠性,影响供电质量的悬而未决的问题。多重雷击的普遍性使电弧重燃率高、土壤电阻率的不可控性、长档距大峡谷地区地形的复杂性导致绕击率高,以及传统的“疏导型”“拦截型”防雷措施原理或者技术、工艺水平上等种种不足,是导致如今雷害频发,跳闸率居高不下的主要原因。雷击跳闸不仅给电力供给侧本身带来损害,每年给电力需求侧、社会发展带来的损失也相当巨大。因此,有效可靠的防雷新方法和设备的研发迫在眉睫。灭弧防雷方法是在普通并联间隙的基础上引入灭弧环节,能够同时消除由雷击带来的引起线路跳闸、绝缘设备损坏等事故的两大危险因素“过电流”“过电压”。国内外大量研发人员都设计了各自基于灭弧防雷方法的技术措施和设备。本文将基于灭弧防雷方法中的固相气体灭弧防雷间隙装置展开电弧与电负性气流耦合作用过程的研究,目的是揭示长空气间隙中电弧的形成、熄灭、重燃等物理过程的机理,揭示电弧发展的关键性因素,利用得出的相关结论指导样机的改良优化等。本文分为三个主要部分进行:理论模型、仿真及实验。理论部分将电弧归类为热等离子体范畴,通过一步步简化电弧模型,利用热力学能量守恒方程来描述电弧的发展过程。在稳态分析中发现,温度是影响电弧发展的最关键的因素,几乎与所有电弧参数正相关,如半径、电导率、电流强度、辐射量等。并且温度的积累滞后性质,介质电导率在长时间内维持较高水平,是电弧重燃的根本原因,抑制重燃的主要方向可为加强散热及介质强度。因此,在开放的灭弧空间内,高速电负性气体作用于电弧将有利于电弧的熄灭与重燃抑制。建模仿真部分将电负性气体与电弧耦合作用的过程,利用场方法理论,描述为电磁场、流动场和传热场三个物理场之间的叠加。推导建立由安培定律、法拉第电磁感应定律、质量守恒、能量平衡、动量平衡等基本定律衍生而来的多物理场耦合模型,并利用专业的基于有限元分析方法的仿真软件,对单次雷击、工频电流耦合单次雷击以及在加入高速电负性气体工频电流耦合单次雷击三种条件下电弧在空气间隙中的发展情况进行计算。从仿真结果的对比分析中证实了电弧重燃主要是因为温度过高导致介质电导率过高,介质强度达不到工频阻塞水平的观点,也验证了电弧重燃抑制方法的有效性。实验部分模拟110kV工况,设计绝缘配合和工频续流实验,得出最佳的绝缘配合比为0.85,固相气体灭弧防雷装置能够在2ms内熄灭2kA的工频电弧以及抑制电弧重燃。本文还选取了多重雷击、高土壤电阻率地区、大峡谷地区的挂网运行的雷电测数据,验证了装置的在面对复杂雷击工况下有效性。