中性束注入是聚变等离子体必不可少的有效加热和电流驱动手段,其物理机制清晰、加热效果直接而显著,不仅为当前聚变实验装置开展近堆芯高水平物理实验提供必不可少、直接有效的支持,而且是拟建聚变堆实现聚变点火和燃烧等离子体控制最有效的工具。随着核聚变研究的不断深入,对中性束注入系统的运行参数提出了更高的要求,面对未来中性束注入系统对高能量长脉冲的要求,采用大功率射频负离子束源的中性束注入系统已成为目前最可行的选择之一。射频负离子源中性束注入系统高压传输线是连接包括负离子加速电源、负离子引出电源和负离子源辅助电源等电源与其对应负载的纽带,向各负载提供一定设计指标要求的电力供应,同时为射频负离子源的各项诊断测量信号提供传输通道,且都悬浮工作于-400 kV高电位,因此对高压传输线进行研究和设计有着非常重要的意义。本文采用理论分析和试验研究相结合的方法,解决了（1）高压传输线绝缘间隙设计、（2）支柱绝缘子绝缘结构设计和（3）绝缘缺陷抑制等关键技术难题,具体包括:（1）针对关键技术一,开展了高压传输线绝缘间隙模拟分析与设计:研究了高压导体位置和接地屏蔽外壳内半径、转角半径和转角角度对电场分布参数和等效分布电容的影响规律,确定了高压传输线直线段、转角段的结构参数。研究结果表明:针对高压传输线直线段而言,以接地屏蔽外壳中心位置为基准点,当-200 kV高压导体位于接地屏蔽外壳中心位置向下偏移70 mm,-400 kV高压导体位于接地屏蔽外壳中心位置向左偏移120 mm,同时向上偏移310 mm时,高压传输线最大内部电场强度和接地屏蔽外壳最大内表面电场强度分别为2.64 kV/mm和1.51 kV/mm,电场不均匀系数为1.87,等效分布电容为78.95 pF/m,均满足绝缘设计要求;针对高压传输线转角段而言,当转角角度为90°,转角半径从50 mm到150 mm时,高压传输线最大内部电场强度从3.18 kV/mm降低到3.06kV/mm,接地屏蔽外壳最大内表面电场强度从1.08kV/mm降低到0.73 kV/mm,电场不均匀系数从2.21降低到2.15,等效分布电容从82.12 pF增加到94.70 pF,也均满足绝缘设计要求。（2）针对关键技术二,开展了高压传输线支柱绝缘子绝缘模拟分析与设计:数值模拟了高压传输线主支柱绝缘子和金属嵌件的绝缘性能及其影响因素,分析了主支柱绝缘子和金属嵌件结构参数对电场分布参数的影响特性,研究了固-气界面表面电荷积聚特性,确定了主支柱绝缘子及金属嵌件的结构参数以及主支柱绝缘子的材料属性。研究结果表明:当主支柱绝缘子柱体半径为70mm,金属嵌件半径、嵌入深度和弧面高度分别为50 mm、30 mm和20 mm时,气体侧最大电场强度为4.81 kV/mm,主支柱绝缘子最大侧表面电场强度、最大侧表面切向电场强度和最大内部电场强度分别为3.24 kV/mm、1.99 kV/mm和4.47 kV/mm,高、低压金属嵌件最大表面电场强度分别为2.23 kV/mm和2.22 kV/mm,均满足绝缘设计要求;当主支柱绝缘子体积电导率和表面电导率分别为5×10-16S/m和10-18 S,固-气界面最大表面正、负电荷密度分别为52.52 μC/m2和57.04μC/m2,不会影响电压稳定性,满足设计要求。（3）针对关键技术三,开展了绝缘缺陷影响特性与抑制措施研究:分析了电场分布参数随气泡缺陷尺寸和位置的变化特性,研究了不同结构参数下的微粒捕捉陷阱电场分布,确定了微粒捕捉陷阱的结构参数。研究结果表明:无论气泡缺陷出现在主支柱绝缘子的任何位置,均使气泡缺陷最大内部电场强度超过3 kV/mm,因此在支柱绝缘子生产制造过程中,一定要加强质量控制,避免产生气泡缺陷;在直流电压作用下,当微粒捕捉陷阱槽深和槽宽分别为6mm和8mm,张角为60°,外半径为525 mm时,微粒捕捉陷阱可以达到97.36%的电场屏蔽效果。（4）开展了高压传输线测试样件绝缘性能试验研究:基于前述三项关键技术的突破,研制了高压传输线测试样件,搭建了高压传输线绝缘性能测试平台,研究了不同SF6气压下高压传输线测试样件的绝缘性能,并获得了不同加载电压/不同SF6气压下的高压传输线测试样件泄漏电流规律。试验结果表明:500 kV加载电压下最大泄漏电流为0.472mA,高压传输线测试样件满足绝缘设计要求。综上所述,本课题解决了射频负离子源中性束注入系统高压传输绝缘设计中的高压传输线绝缘间隙设计、支柱绝缘子绝缘结构设计和绝缘缺陷抑制等关键技术难题,提出了一套可应用于射频负离子源中性束注入系统-400 kV高压传输绝缘设计方案,为射频负离子源中性束注入系统测试平台高压传输线工程设计和建造提供理论依据。