通过搭建脉冲加载下的激光辐照沿面闪络实验平台,考察了锥角绝缘子受激光辐照时的真空沿面闪络性能。结果表明: 不论是紫外光(266 nm)还是可见光(532 nm)辐照在阴极三相点或者样品中间,+45°锥角绝缘子构型的性能都要优于－45°锥角绝缘子,并且紫外辐照阴极三相点对沿面闪络电压的影响较大,因此在大型脉冲功率装置中应该避免射线对绝缘堆阴极三相点处的辐照。

设计了一种新型的同轴三电极结构, 仿真计算结果表明开关在充电及触发时电场最大值区域均匀性良好。引入循环吹气系统能够控制放电产物的流向, 减小对开关绝缘结构内壁的污染, 可在提高气体绝缘恢复能力的同时延长开关绝缘外壳寿命。在重频实验条件下(±40 kV/20 kA/0.1 Hz)进行了寿命考核实验, 目前单个开关寿命考核实验已大于17.2万发次, 开关工作稳定, 自击穿电压特性和触发延时抖动特性良好。

绝缘体真空沿面闪络成为制约脉冲功率技术高电压、大电流和小型化发展应用的主要因素之一。在PTS装置的真空环境中，绝缘材料在受到软X射线辐照的情况下，其绝缘性能受到很大影响。因此为了提高PTS中交联聚苯乙烯的绝缘性能，同时更深刻地认识沿面闪络的机理，通过研究软X射线对于交联聚苯乙烯的辐照作用，观测到了不同辐照次数对于沿面闪络性能的影响。实验表明：未受到辐照的样品其真空沿面闪络性能高于软X射线辐照过的样品，而受14次钨丝阵辐照的样品其真空沿面闪络性能略高于受2次铝丝阵辐照的样品。同时，从软X射线对于绝缘体表面的辐照机理很好地解释了这种实验现象。

针对单极性脉冲电压下不同微槽结构绝缘子真空沿面闪络特性开展实验研究。根据二次电子运动特性,设计了多种微槽宽度,对比了微槽结构和平面结构的绝缘子耐压特性差异。槽宽为1 mm的微槽样品耐压水平与平面结构样品耐压水平相当,槽宽小于1 mm的样品组耐压水平均高于平面结构样品,最高电压提高倍数约为1.4,说明一定尺寸范围内的微槽设计将提高绝缘子真空耐压水平。通过电场强度计算分析微槽结构对二次电子运动的影响过程可知,较大的微槽宽度可使电子限制在槽内运动,较小的微槽宽度将抑制初始电子的发展,最终二者都能达到抑制闪络的目的。通过显微镜观测各组样品表面特征,材料表面微观缺陷将可能降低材料耐压水平。

基于磁场闪络抑制原理，研究了由回路电流产生的同轴自磁场对径向真空固体绝缘界面沿面闪络特性的影响规律。根据同轴结构电场E和磁场B的比值与半径无关、只与电路参数相关的特点，分别设计了E/cB(c为光速)为0.041，0.05，0.056和0.062的四种同轴电极结构，开展了有磁场和无磁场两种条件下电介质的真空沿面闪络实验研究。实验结果表明，在有利于磁场闪络抑制条件的自磁场位形下，真空沿面闪络耐压水平相比无磁场情况有明显提高，且比值E/cB越小闪络电压提高幅度越大。当E/cB比值为0.041时，沿面闪络电压可提高约1.3倍；而当自磁场位形反向时，沿面闪络电压相比于无磁场情况有所降低。

绝缘体沿面闪络是制约脉冲功率技术发展的瓶颈之一。为了能对沿面闪络机理有更深的认识, 通过在沿面闪络过程中引入激光辐照的作用, 考察了绝缘样品上不同的辐照位置对于沿面闪络性能的影响。实验结果表明：辐照位置越靠近闪络起始的地方, 对沿面闪络性能的影响越大; 在沿面闪络的过程中, 不同的阶段如闪络起始阶段及电子倍增阶段在整个闪络过程中所起的作用不同。

设计了一套用于同轴多间隙气体开关导通起始时间诊断的光纤探针阵列测试系统，其由光纤阵列与多通道快响应光电转换仪两部分组成，系统同步时间小于1 ns。使用该套系统同时对100 kALTD模块所有并联支路的10只开关的放电过程进行了测试，获得了开关导通起始时间及模块的输出电流波形。实验结果表明：开关工作欠压比为85%时，时间抖动不超过6.9 ns，负载波形重复一致性较好；开关工作欠压比降至53%时，时间抖动急剧增加至117.7 ns，负载波形重复一致性显著恶化。同时将光纤测试系统获得的各个开关导通起始时间带入Pspice电路模型进行模拟反演，结果表明，模拟结果与实验得到的模块输出电流波形吻合较好，证明了测试系统的准确性。

基于磁场闪络抑制原理，研究回路电流产生的自磁场效应对固体材料绝缘性能的影响。通过计算电场强度与磁感应强度的临界比值，设计了同轴电极结构，确定了满足闪络抑制判据的电极尺寸，开展自磁场闪络抑制实验、自磁场闪络促进实验以及无磁场绝缘闪络实验，对比三种条件下绝缘材料的沿面闪络规律，分析磁场位形对材料绝缘特性的影响情况。实验结果表明:绝缘样品在自磁场闪络抑制效应影响下闪络电压提高了约15%，在自磁场促进闪络效应下闪络电压降低了约18%。

基于已经研制完成的100 kV/100 kA快脉冲直线型变压器驱动源（LTD）原型模块，设计研制了输出电压/电流分别为1 MV/100 kA（功率为100 GW）的快脉冲LTD装置。装置由10级100 kV/100 kA快脉冲LTD模块串联而成，总储能为20 kJ，装置直径约1.5 m，长度约2.2 m。最终在±85 kV充电电压下，二极管负载上获得的电流约为116 kA，电压约为1.1 MV，电压上升时间53 ns，电压脉宽146 ns，二极管阻抗约为9.4 Ω。

为了研究电感支撑内筒对磁绝缘传输线(MITL)功率流传输的影响，设计了一套电感支撑的MITL及其诊断系统，对MITL各个位置电参数进行了测量，获得了MITL阴阳极电流波形和MITL电压波形。其中一发支撑前阴极电流为90.08 kA，支撑后阴极电流为93.88 kA，阴极电流传输效率为95.96%，多次实验传输效率平均值为92.8%，证实了电感支撑MITL的可行性。