针对在高压设备中因沿面闪络现象而发生绝缘失效的问题，对沿面闪络现象中的基础特性测量手段、影响因素及其发生机制等关键问题进行了归纳总结，介绍了目前关于沿面闪络观测手段及其影响因素研究的主要进展,并对沿面闪络过程的具体机制以及表面电荷在沿面闪络过程中扮演的作用进行讨论。其中，外在因素、电极-介质界面层因素以及真空-介质表面层因素等三大类因素在影响沿面闪络的同时也对表面电荷积聚消散造成影响，其具体机制各不相同。在沿面闪络的主流机制中，SEEA理论较完整地阐述了沿面闪络的起始过程，ETPR理论则对沿面闪络的发展过程有着更好的解释。此外，表面电荷为沿面闪络发生提供了必要电荷，其积累与消散行为对沿面闪络发展起着决定性作用。开发能够实现低二次电子发射系数与高表面电导的绝缘材料及表面改性技术将是该领域未来重点研究方向。

为了有效抑制聚四氟乙烯(PTFE)材料表面电荷积聚、进一步提升其沿面耐压性能，采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入。注入过程中改变射频功率、脉宽、脉冲幅值等参数实现对PTFE样品表面的不同改性效果。通过测试其注入前后的X射线光电子能谱、表面形貌、表面电阻率、表面电位衰减特性、表面陷阱能级及其密度分布，较为系统地研究了不同注入参数对聚四氟乙烯样品表面成分、表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明：注入过程中，氮离子主要通过自身动能促使聚四氟乙烯材料表面分子结构发生破裂和重组来实现表面改性而并非通过化学反应引入新成分，注入氮离子的动能以及数量是决定表面改性效果的主要因素。随着射频源功率增加，射频源对氮气利用效率得到提升，其处理效果饱和点由100 W射频功率下的20 cm³/min升至400 W射频功率下的30 cm³/min，相应表面电阻率由100 W-10 cm³/min条件下的最大值 $ 3.3\times {10}^{16}\;\mathrm{\Omega }/\mathrm{m}{\mathrm{m}}^{2} $降至400 W-30 cm³/min条件下的最小值 $ 1\times {10}^{15}\;\mathrm{\Omega }/\mathrm{m}{\mathrm{m}}^{2} $，并且表面电荷消散速度由6%增加至68%，同时积聚量最多减少了18.6%。另外，随着外施脉冲电压由3 kV-25 μs升至7 kV-75 μs,表面电阻率最多下降了89%，表面电荷消散速度由4%增加至58%，积聚量最多减少了23.7%。进一步分析表明，经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面陷阱能级变浅，加速了表面电荷脱陷，而降低的表面电阻率也促进了脱陷的表面电荷沿面传导，最终使得表面电荷消散加快。

为了抑制聚四氟乙烯材料表面电荷积聚，采用射频产生氮等离子体对其表面进行等离子体浸没离子注入以改善其表面性能。对注入前后的聚四氟乙烯材料样品进行了X射线光电子能谱分析（XPS）、傅里叶红外光谱测试（FTIR）、水接触角测量、表面电阻率测量以及表面电位衰减测量，并基于等温表面电位衰减理论对其表面陷阱能级和密度分布进行了计算，以分析聚四氟乙烯样品经离子注入处理后其表面成分和物理性能的变化，并研究了这些变化对聚四氟乙烯样品表面电荷积聚和消散特性的影响。结果表明：氮离子注入后，聚四氟乙烯材料表面化学成分的主要变化是自身分子结构的破坏和转化，部分CF₂结构转变为CF和CF₃结构，导致样品表面陷阱能级变浅；水接触角升至140°左右，比未处理样品上升了约27°，表面电阻率降至3×10¹⁵ Ω，比未处理样品下降了两个数量级；表面电晕放电1 min后，经氮离子注入处理的聚四氟乙烯材料表面积聚电荷量减少，消散速度加快，这是因为表面陷阱能级变浅有利于表面电荷脱陷，同时表面电阻率降低也促进了表面电荷沿面传导的消散过程，聚四氟乙烯样品表面陷阱能级分布曲线也证实了这一论点。

介绍了快速关断半导体开关（DSRD）的工作原理，研究了开关内部的物理过程，分析了系统参数对开关输出特性的影响，研究发现：基区材料的击穿阈值越高、载流子饱和漂移速度越大输出电压上升速率越快；基区高的电场击穿阈值或低的掺杂浓度会增加器件关断时间和最大工作电压；考虑各参数的影响，基于高击穿阈值的DSRD是实现快脉冲输出的理想器件；缩短正向泵浦时间可有效抑制预脉冲，当正向泵浦时间小于200 ns时，输出脉冲波形基本不变；为了获得理想的脉冲前沿，反向电流应在达到峰值时完成对注入电荷的抽取。设计了单前级开关的DSRD泵浦电路，研制了基于DSRD的快脉冲产生系统，输出脉冲前沿约4 ns，电压约8 kV，电压上升速率约2 kV/ns，满足FID开关器件对触发电压的要求。