在低碳减排的趋势下,以光伏发电为代表的绿色能源产业得到长足发展,我国光伏新增并网装机容量持续增加。并网光伏电站大多位于山地、高原等雷电多发地区,恶劣的地质环境导致电站的防雷接地系统不易达标,并网光伏电站暴露在较大的雷害风险中。基于光伏电站防雷的新要求,研发了一种利用气体吹弧的单侧开口装置。首先,根据并网光伏电站的组成部分分析雷电对光伏电站造成破坏的途径,列举了目前光伏电站中常见的防雷装置,指出了传统防雷接地系统的缺点。然后提出了单向气吹灭弧技术,解释了装置的灭弧过程,分析了装置内电弧压缩、喷射过程的原理。通过建立电弧模型、电弧-空气耦合模型,分析高速气流形成并作用于电弧的原理。利用电弧磁流体动力学模型,在COMSOL Multiphysics仿真软件中建立了单向气吹灭弧装置的平面模型,并对装置灭弧过程进行了仿真。模拟雷电波的峰值为30 k A,气流刚形成时速度最高为400 m/s,压强最大为1.4×10~6 Pa。在0.3μs时气流速度最低为100 m/s,电弧在装置出口被截断,温度降为3000 K,电弧基本熄灭且没有重燃。为了验证气流灭弧理论和仿真模型的正确性,在高压实验室进行了雷电冲击放电电压试验和雷电流冲击耐受试验。在不同的冲击电压作用下单向气吹灭弧装置同样能够安全启动并熄灭电弧,计算得到雷电冲击50%放电电压分别为112.2 k V和336.9 k V。对装置施加68 k A冲击电流时高速气流的喷射高度可达30 cm,雷电流幅值降低近50%,波长增加2倍。仿真和试验的主要结论为:（1）接闪后装置降低了雷电流幅值,减少泄放入地的雷电流,防止地电位升高从而发生危险,规避了山区大型光伏电站进行地网降阻的难题;（2）被截断后雷电波的陡度降低,波头时间和波尾时间均延长,降低了电磁场剧烈变化产生的感应雷过电压,减少了对电子器件的损害。