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随着电网电压等级的不断提高和规模的迅速扩大，电网中的短路电流水平急剧攀升，已接近甚至超过常规断路器的额定短路关合电流，这将严重威胁电网的暂态稳定性和可靠性。基于超导材料的高温超导限流器依靠自身独特的优势，成为了目前限流技术中重要的发展方向之一。终端是高温超导限流器高压与低压、低温与常温的过渡接口，存在严重的电场、漏热和应力集中问题，是高温超导限流器安全稳定运行的关键。电容式套管利用多层电容极板结构能够解决终端电场集中问题，但电容式套管工作在由液氮和低温氮气构成的低温环境中，绝缘材料的性能发生较大变化，常规电容式套管设计方法不能直接用于低温电容式套管设计。本文以220kV/1000A高温超导限流器低温电容式套管的优化设计为目标，分别开展了电容式套管绝缘材料低温绝缘性能研究、电容式套管电场分布研究，以及电容式套管优化设计研究等一系列工作，具体内容如下: (1)绝缘材料低温绝缘性能研究:根据电容式套管在高温超导限流器中的运行特点，开展G10环氧绝缘材料、低温氮气和液氮的击穿特性和沿面放电性能实验研究，结合气体放电、液体及固体放电理论，获得了具有工程实际意义的参数，为220kV高温超导限流器低温绝缘套管工作场强的取值提供依据; (2)电容式套管电场分布研究:建立了电容式套管的极板中间电场、极板边缘电场、电容式套管表面电场和低温介质电场等不同位置的电场模型，分析了电场分布特点，获得了电场强度与结构参数的数学关系。其中重点分析了极板边缘电场，建立了极板边缘电场的数学模型和有限元模型，分析了极板边缘电场集中情况，并结合低温下G10环氧击穿特性得到G10环氧低温局部放电起始电场强度公式，为电容式套管设计提供重要依据; (3)电容式套管优化设计:根据220kV/1000A高温超导限流器的特点，分别开展外绝缘设计研究、电流引线优化设计研究和电容芯子优化设计研究。其中重点研究电容芯子的优化设计，在常规等电容等台阶方法的基础上，提出了以各层极板结构参数作为优化变量，以均匀化G10环氧的低温局部放电裕度为目标函数的多变量优化方法，最终完成了高温超导限流器220kV/1000A电容式套管的优化设计，并据此建立电容式套管的电场、磁场、温度场及热应力场模型，得到电容式套管的电场、磁场、温度场及热应力场分布特点，结果表明优化设计的低温电容式套管具有良好的电气、温度和机械性能。