全球能源互联网的提出,使得超长距离输电技术,尤其是半波长输电技术,近年来在国际上受到广泛关注。由于长距离输电线路电压等级高、线路距离超长、传输功率很大、线路结构特殊,其潜供电弧问题较为突出,如果潜供电弧不能及时熄灭,将使断路器重合于弧光接地故障,导致单相重合闸失败。研究长距离输电线路潜供电弧的内在物理机制和运动现象,并在此基础上建立潜供电弧的动力学模型,分析潜供电弧的燃弧时间和空间演化特性,为进一步发展经济、可靠、有效的潜供电弧抑制方法,可提供重要的理论基础和技术依据。本文将实验研究与理论探索相结合,采用先进的测试技术手段,研究长距离输电线路潜供电弧的宏观演化特征与微观物理本质,探索潜供电弧发生、发展的动力学行为以及与关键影响因素的内在作用机理：建立长距离输电线路的多场耦合动力学模型,准确模拟潜供电弧的运动发展轨迹：基于潜供电弧输入与输出能量的变化过程,提出潜供电弧燃弧时间的计算新方法,为发展适于长距离输电线路的单相重合闸技术提供基础依据。模拟实验是研究潜供电弧物理特性的重要技术途径。基于分布参数模型给出了长距离输电线路潜供电弧物理模拟的单相等值电路拓扑,并据此设计了实验平台。研究表明,长距离线路潜供电弧的阴极和阳极弧根运动具有明显的极性效应,阳极易发生弧根跳跃现象,而阴极可能发生二次激发现象,对上述潜供电弧运动特性给出了微观机制解释。弧柱的运动情况则更为复杂,其在热浮力作用下向上运动,常出现短路、部分消亡等现象。实验发现在潜供电弧运动过程中弧柱存在两种典型的短路现象,即弧柱与电极间的短路以及弧柱各部分之间的自身短路现象。采用不同补偿方案时熄弧特性有所不同,通过适当控制补偿条件,可将半波长线路潜供电弧的熄灭时间有效缩短,有利于电弧熄灭。经过补偿后的线路,电弧熄灭前的潜供电流值显著降低,恢复电压上升率减小,电弧重燃次数明显变少。纳入潜供电弧弧根模型的定量表征,建立了考虑电磁力、热浮力、空气阻力和风力作用的多物理场耦合动力学模型。分析了短路电弧向潜供电弧演变过程的物理机制,提出了潜供电弧起始位置随机性的仿真方法,通过计算得到电弧电导率和温度的关系曲线,获得了电弧电导率沿半径方向的分布特性和沿每一个可能发展方向的概率。将建立的潜供电弧多场耦合动力学模型与潜供电弧起始位置的随机分析方法相融合,可获得具有随机特征的潜供电弧起始位置,并与实验结果进行了对比,验证了所建立模型的有效性。通过分析潜供电弧的能量变化过程,建立了潜供电弧输入能量和散失能量的表征方程,进一步纳入电弧实时运动的多场耦合动力学模型,提出潜供电弧燃弧时间的计算新方法。同时开展了潜供电弧的低压物理模拟实验,将潜供电弧燃弧时间的计算结果与实验数据进行对比验证。结果表明,基于能量平衡的计算新方法可更准确地获得潜供电弧的燃弧时间,特别是存在风力作用时。这为潜供电弧动态燃弧时间的仿真计算和单相自动重合闸整定提供了方法依据。基于建立的动力学仿真模型阐明了潜供电弧弧根跳跃现象的物理机制,并通过仿真对前述实验现象进行了佐证。一方面,热浮力使得电弧不断向上运动,引起电弧通道与电极间发生短路：另一方面,斜向下方向的电极结构也会使电弧与上电极间的短路次数明显增加。分析了潜供电弧运动过程中的长度变化特征,其总体上不断增加,但由于弧柱间的短路现象,潜供电弧在运动过程中常会出现暂时性长度变短的现象。在潜供电弧熄灭前的瞬间,通常会出现尖峰电流、电弧长度骤然增加等现象。研究还发现,当导线布置呈垂直架构时,电弧的运动情况更为复杂剧烈,相同时间内电弧长度扩展更快,潜供电弧将易于熄灭。进一步研究了不同潜供电流和风速情况下的潜供电弧运动特征,分析了潜供电流、热浮力、风力作用等对电弧运动特性的影响机制,结果表明,潜供电流越大,电弧的自旋现象越明显。随着潜供电流的增加,潜供电弧的燃弧时间也呈现增长趋势,两者之间呈近似线性关系。无风时,潜供电弧受到电磁力和热浮力的双重作用,其弧根运动在很大程度上由电磁力决定,而弧柱在扩张的同时会有明显向上运动的趋势。有风时,潜供电弧的运动呈现不同特征：潜供电流较小时,潜供电弧弧根的运动将由电磁力和风力共同决定,而弧柱运动轨迹主要由风力作用决定；潜供电流较大时,弧根运动主要由电磁力决定,而弧柱的运动轨迹仍然由风力决定。本文工作及成果丰富了长距离输电线路潜供电弧研究的物理基础和分析方法,可在潜供电弧方面为发展半波长输电技术提供基础数据和理论依据。