随着高温超导材料制备工艺的成熟,其电磁特性和机械性能有了显著提升,国内外越来越多的学者将目光聚集在高温超导电力应用上,如超导限流器、超导电缆、超导变压器和超导储能等等。高温超导变压器因其体积小、效率高、无污染和自带短路限流能力等优点而受到关注,其中基于一代高温超导材料的变压器（一代高温超导变压器）研究已经逐步从实验室阶段走向实用化阶段,而基于二代高温超导材料的变压器（二代高温超导变压器）研究目前还大都停留在实验室和概念设计阶段。本文主要围绕着二代高温超导变压器样机研发,从二代高温超导变压器绕组超导带材选型、铁芯结构选型和工程样机设计三个方面入手,系统地研究了二代高温超导变压器超导带材结构和铁芯结构选型、设计流程与基本特性,主要内容有:1)通过实验定量分析了不同结构超导带材的最大耐受雷电流值,定性分析了封装层对超导带材雷电流耐受特性的影响。搭建了全新的针对二代高温超导带材的均一化仿真模型,通过实验与仿真数据的比较验证了该模型的有效性。基于上述模型,仿真分析了基带层对超导带材雷电流耐受特性的影响。研究发现具有铜封装层和不锈钢基带的超导带材在雷电流冲击下的热稳定性最佳。2)对三种不同铁芯结构的二代高温超导变压器,即:空心变压器、半铁芯变压器和全铁芯变压器,进行了理论与实验模型研究。理论方面,针对高温超导空心变压器,提出了基于矢量磁位的圆形线圈电感快速计算方法;针对高温超导半铁芯变压器,提出了基于数值-解析混合解的等效电路建模方法;针对高温超导全铁芯变压器,提出了其“电路-电场”耦合计算仿真方法。实验方面,分别制作了三种变压器的模型样机,对其进行了空载、负载和短路等基本特性实验以验证理论分析方法的有效性。理论和实验研究结果表明,高温超导电力变压器采用全铁芯结构最为合理。3)基于上述研究,确定了变压器绕组的超导带材结构和铁芯结构。在确定低温杜瓦和电流引线设计后,完成了一台单相330k VA/10k V/0.231k V高温超导变压器工程样机的初步设计。继而利用“电路-电磁”耦合计算方法对绕组的电流和磁场分布进行了优化,完成了工程样机的最终设计。最后,制作出了该工程样机并顺利通过了相关型式试验。本文的研究结果为二代高温超导变压器的设计提供了丰富的理论工具,同时为二代高温超导带材的电力应用提供了示范性参考。