特高压直流输电线路由于运行电压极性固定，电晕放电导致的空间电荷使得离子流场问题尤为严峻。开展电晕放电微观物理过程研究对于探求电晕放电的演化规律、指导输电线路离子流场计算具有重要理论价值。电晕放电微观过程中会产生大量激发态粒子、带电粒子、自由基等微观粒子，动理学规律极其复杂。由于缺乏有效的等离子体诊断手段，电晕放电的很多关键微观参数无法通过试验获得，国内外开展了大量电晕微观机理的数值研究，至今未取得突破性进展。可定量分析电晕放电微观物理过程的模型尚缺，对其影响因素的微观分析也未能深入。本文在流体动力学电晕放电模型的基础上，提出研究电晕放电微观物理过程的混合数值模型。采用棒-板电极最简模型对电晕放电脉冲电流进行了计算分析，研究电晕放电微观特征量在单次放电脉冲持续过程中的时空发展规律。建立了直流输电线路电晕放电宏观离子流场计算模型，讨论了输电线路结构对离子流场的影响，着重分析相对空气密度对离子流场的影响规律。本文的主要内容为：①首次提出了可量化研究电晕放电微观物理过程的混合数值模型。模型中利用流体动力学控制方程描述电晕放电的宏观物理规律；采用等离子体化学反应过程电晕放电微观过程中粒子的产生和消散过程；Boltzmann方程求解模块给流体动力学模型提供详细的电子输运参数和能量传递系数，同时给等离子体化学模型提供化学反应速率；通过试验得到的正负电晕放电单次脉冲波形和UI特性曲线证明了该模型的有效性。②计算分析了正负电晕的脉冲形成机制，在此基础上研究得到了负电晕放电的电子特性(平均电子能量、电子密度、电子的生成/消散速率等)和负电晕放电的重粒子特性(净空间电荷、等离子体化学反应速率、重粒子的成分及密度)在单次脉冲持续过程中的时空发展规律。③采用上流有限元法建立了直流输电线路电晕放电的宏观离子流场计算模型，利用单/双极试验导线的地面合成场强和离子流密度证明了模型的有效性，讨论了输电线路结构对离子流场的影响，着重分析了相对空气密度对离子流场的影响。对±800kV和±1100kV直流输电线路离子流场的计算结果表明，在跨越高海拔、高温度区域时，需要对输电线结构进行校验，确保其合成场强满足国家标准。