为解决我国大规模能源基地外送通道输电能力受限的问题,亟需在长距离特高压交流输电线路上采用40%以上的高补偿度串联补偿技术。受串补容抗及额定电压升高的影响,特高压高补偿度串补线路发生区内故障时,流经串补线路的短路电流更大、串补电容器两端残压更高,高幅值的过电流、过电压在故障发生及清除的整个时间范围内激发的电磁暂态过渡过程更加剧烈,对断路器、高抗中性点小电抗等元件电气应力的冲击以及对系统过电压、潜供电流熄弧等电磁暂态问题的不利影响更加显著,威胁电网及主设备安全,需要深入研究其影响机理、规律特性,并提出有效解决方案。论文以特高压高补偿度串补线路故障后出现的四类电磁暂态问题的发生时间为主线,所做的主要研究工作及取得的创新性成果如下:(1)基于串补装置金属氧化物限压器(Metal oxide varistor,MOV)饱和、间隙(Gap)击穿等过电压保护措施的实际动作特性,建立了特高压串补线路故障工况下串补装置的等效数学模型,探明了特高压串补MOV、间隙动作前后的故障回路电流转换的物理过程,以及串补线路断路器短路电流交、直流分量的变化规律特性及影响因素,提出了串补线路断路器短路电流发生过零延迟的机理及条件。为解决串补单侧布置方式下MOV动作造成对侧断路器短路电流过零延迟的问题,提出了优化串补布置方式、缩短串补装置旁路时间、调整线路两侧断路器跳闸时序等方法,可以有效抑制串补线路断路器短路电流的过零延迟现象,避免出现特高压断路器开断短路电流失败的风险。(2)提出了特高压高补偿度串补线路短路电流过零开断后在断路器断口产生瞬态恢复电压(transient recovery voltage,TRV)的峰值—短路电流的宏观统计分布特性,以及TRV波形上升率、峰值时间的微观表征参数特征,明确了现有特高压断路器开断TRV能力无法全部覆盖高补偿度串补线路故障开断工况的结论。发现了串补旁路造成断路器TRV波形峰值时间延迟的现象并提出了改进的TRV评价方法,解决了现有TRV评价标准对于线路加装串补不完全适用的问题。针对断路器清除多相故障时TRV超标的情况,从综合比选TRV最优抑制措施和提高特高压断路器开断预期TRV试验考核要求两个方面提出了解决方法,为在特高压高补偿度串补应用场景下的断路器可靠开断提供了技术方案。(3)明悉了特高压高补偿度串补线路故障及开断后在健全相及邻近线路上产生的相对地操作过电压的产生机制,提出了考虑多重影响因素的特高压高补偿度串补线路故障清除操作过电压的仿真研究方法,统计研究了特高压高补偿度串补线路故障清除操作过电压幅值及沿线分布特性,明确了长距离特高压补偿度串补线路故障清除操作过电压幅值超过特高压系统过电压控制水平的结论。分析了多种措施对故障清除过电压幅值及线路绝缘闪络率的抑制效果,建立了融合过电压限幅和线路绝缘放电闪络控制的故障清除操作过电压综合评价方法,提出了能够有效抑制特高压高补偿度串补线路故障清除操作过电压的优选措施。(4)建立了计及串补装置工作状态差异的特高压串补线路单相故障开断后的戴维南等值简化电路,揭示了串补度提高、高抗饱和、串补旁路等对特高压串补线路单相故障开断后产生潜供电流及高抗中性点小电抗电气应力的影响机理。明确了特高压高补偿度串补线路的潜供电流、恢复电压及小电抗过电压、过电流特性,评估了高补偿度串补对线路断路器重合闸时间整定以及高抗中性点小电抗绝缘水平、电流耐受能力的影响,提出研究特高压串补线路尤其是高补偿度串补线路的潜供电流及小电抗电气应力问题时必须考虑高抗饱和特性。剖析了动作速度对联动旁路串补方法抑制潜供电流及小电抗电气应力的影响,明确了控制时间目标,并在主动抑制基础上,从被动提升设备参数方面提出了特高压高抗中性点小电抗通流参数的优化设计要求,能够保障在特高压高补偿度串补应用场景下的小电抗设备安全。