在气体绝缘开关设备(Gas Insulated Switchgear,GIS)的生产、装配、运输以及开断检修等过程中,无法避免的会出现金属颗粒污染问题,对GIS绝缘性能造成极大的危害。这些颗粒主要以线形、粉末状、螺旋状以及不规则状居多,且长度大都在毫米量级,宽度为百微米量级。在施加电压时,静止于电极表面的金属颗粒可能会在电场力的作用下滚动、跳跃甚至启举并在电极间进行往复碰撞等运动行为,其中又以在直流电压下最为活跃。当金属颗粒自由运动时,可能会诱发场强畸变,改变空间电荷分布,在气隙中引发微放电,进而导致气隙击穿。此外,运动并依附于盆式绝缘子表面的颗粒还会加剧绝缘子表面电荷积聚,引发绝缘子沿面闪络放电,最后造成整个绝缘子击穿。因此,研究直流GIS中金属颗粒的运动行为及其特性具有一定的工程价值和现实意义,本文就这一方面展开研究。在建立金属颗粒运动仿真计算模型过程中,本文分析了直流电压下颗粒的荷电机理以及受力情况,采用流体力学理论分析不同雷诺数下阻力系数的取值,结合古典碰撞和动态接触理论分析了颗粒与电极间的非弹性碰撞过程,并充分考虑了碰撞反射随机角度对颗粒速度变化的影响。为了模拟GIS内不均匀电场区域球形金属颗粒的运动行为,本文建立了楔形平板电极下颗粒的受力模型。并分析了颗粒与高压电极的碰撞行为,以及对颗粒运动临界电压和运动过程进行探究,最后着重分析了施加电压、颗粒半径以及初始位置、电极夹角以及摩擦系数等不同影响因素下颗粒在水平方向上的最小位置、起跳点和落点位置以及跳跃运动时间的变化规律,其中施加电压的增大,颗粒半径和电极夹角的减小在一定程度上会使颗粒水平方向的最小位置、起跳点和落点位置以及颗粒跳跃运动时间增大,为颗粒陷阱的布置方案提供了理论指导。此外,本文建立了同轴圆柱电极系统中位于高压导体表面金属颗粒的受力模型,用于分析GIS中稍不均匀电场区域球形颗粒的运动行为及特征。首先分析了不同初始位置和颗粒半径下的运动临界电压,之后从受力以及能量损耗的角度对不同施加电压下颗粒的各种运动行为及其过程进行了探究,最后研究了施加电压、气体压力、颗粒半径和初始位置对颗粒运动范围角度、进入“谐振”运动过渡时间以及“谐振”运动频率的影响。