高压直流输电是解决我国能源分布不均衡问题的关键,直流套管作为连接换流站阀厅与交流场、直流场的关键设备,在整个输电系统中起到至关重要的作用,其稳定性是电网安全稳定运行的保障。在近期几起直流套管设备故障中,内部均存在微米级别的自由金属微粒,对套管的绝缘性能有较大影响,且目前套管中自由金属微粒的运动与放电特性尚不明确。本文通过模型构建、仿真分析与试验研究等方法进行直流套管内部自由金属微粒运动与放电特性的研究,研究结果可为套管内部结构优化与设计提供理论参考依据。为研究不同分布状态下微粒的带电量与运动特性,建立了微粒的运动模型,从电极上单个存在的微粒开始,构建了单个微粒、线性排列的微粒、单层微粒、多层微粒的运动模型;对于尺寸较小的微粒存在的抱团聚集现象,构建了以微粒团存在形式的微粒模型;对附着在环氧树脂电容芯表面或绝缘子上的微粒进行了带电量的分析与模型构建,在一定条件下提出了环氧树脂表面微粒的等效模型。以此得到不同分布形式微粒的受力情况、带电量及起始运动场强,总结微粒的运动特性。对实际直流套管中微粒的产生原因、形态及分布位置、运动趋势进行统计与分析;在COMSOL软件中使用有限元的方法,对带电容芯子和带支撑绝缘子两种典型套管结构进行仿真分析,得出套管电容芯表面、载流部件连接处、支撑绝缘子表面等位置是电场集中与易附着微粒的位置;根据套管实际运行状态与安装角度对微粒进行受力分析,并将运动模型应用到套管实际运行状态中,进行带电量、受力状态与运动分析。搭建微粒运动与放电特性的试验平台,在微粒分布于电极表面与环氧树脂表面两种情况下,分别进行微粒尺寸、累积宽度、累积厚度等因素对微粒运动特性与沿面闪络特性影响的试验,并与构建的理论模型计算结果进行比较验证,得出结论:随着微粒直径的减小、分布宽度与厚度的增加,微粒在电场中更易因电场力的作用发生运动,对应电极间闪络电压也有所降低。得到的结论将对直流套管的结构优化与裕度设计提供理论支持。