随着电力系统输变电线路电压等级的提高以及系统容量的不断提升，对高压开关电器设备绝缘性能提出了更高的要求。良好的绝缘性能直接影响设备的整机运行和电力系统的安全与稳定。同时，随着国民经济的持续快速发展，电力需求持续增长，为在全国范围内优化能源配置，实现大规模的西电东送、北电南送和南北水火互济，我国需在现有电网装备和运行水平的基础上，加快建设以百万伏级交流和±800kV直流系统特高压电网为核心的坚强国家电网，百万伏级特高压交流试验示范工程应运而生。断路器作为电力系统中重要的控制与保护装备，其绝缘性能研究尤为重要。以三维电场数值分析为基础的场空间模拟与匀场设计是绝缘分析与设计的有效途径之一。针对多断口串联灭弧结构大场域空间内存在薄均压屏蔽电极，且含有多重介质、非对称并联电容器组等结构部件的特点，为解决大场域电场求解精度与求解效率的矛盾，本文采用有限元方法，引入区域分解技术与其相结合，对于252kV单断口SF₆断路器灭弧室内部全场域进行三维电场数值计算。对比分析了区域分解技术对场域数值求解的影响；给出了三种不同并联电容器组灭弧室绝缘配置方案；并对有无并联电容器组作用下的灭弧室内部电场进行对比分析；得到了灭弧室内部电场分布、触头沿面电场分布以及场均匀度的定量描述，找到了全场域绝缘薄弱点。以252kV单断口SF₆断路器为研究基础，将四断口串联实现多断口特高压SF₆灭弧绝缘系统设计。建立三维电场数学模型，采用有限元方法和区域分解法对多断口特高压SF₆灭弧系统进行统一绝缘系统全场域电场数值仿真与绝缘分析。得到多断口串联特高压SF₆灭弧绝缘结构，全场域电场分布以及最大场强所在位置与各灭弧单元内动、静触头沿面场强分布。为改善多单元串联特高压灭弧系统的绝缘性能，增设屏蔽结构部件，实现了各灭弧单元的匀场设计。