随着高压、特高压直流输电技术的发展,各级直流输电线路已遍布全国各地,在高寒、冻雨和覆冰地区,输电线路绝缘子会遭受冰雪的侵害,造成巨大的经济损失,其中覆冰闪络对直流输电线路的影响不容忽视。目前,研究人员已系统研究了覆冰绝缘子短串闪络特性、闪络机理和闪络电压预测模型。然而,冰面短电弧与长电弧电弧特性有显著区别,所得短串结论不能直接应用到覆冰绝缘子长串上。因此,研究直流冰面长电弧特性,建立适用于覆冰绝缘子长串的闪络电压预测模型,对覆冰地区高压直流输电线路外绝缘设计具有重要的理论指导意义。本文依托国家自然科学基金重点项目,在大型多功能人工气候室系统测量了直流冰面长电弧伏安特性、运动特性和温度特性,结合自然覆冰绝缘子长串闪络路径特点,建立了覆冰绝缘子长串闪络动态电路模型,并在雪峰山野外站进行绝缘子长串自然覆冰闪络试验,验证了模型的有效性,论文主要工作及取得的成果如下:（1）设计了冰面长电弧伏安特性测量的最佳覆冰模型与试验方法,研究冰面长电弧伏安特性与电弧长度的关系。在多功能人工气候室测量直流冰面长电弧（电弧长度为10 cm～60 cm）伏安特性,得到伏安特性常数A与指数n随电弧长度的变化规律,分析了冰面电弧运动过程中动态伏安特性与静态伏安特性的关系。结果表明:随着电弧长度的增加,直流冰面电弧伏安特性常数A总体变化不大,且无明显变化规律,可认为是定值;而伏安特性指数n总体呈下降趋势,无论电压极性如何,伏安特性指数n随着电弧长度的增加都逐渐接近1/3,表明随着电弧长度的增加,电弧冷却方式逐渐转变为横向冷却。冰面电弧发展过程中的动态伏安特性与融冰状态、外界环境因素等有关,导致每条冰面电弧的动态伏安特性曲线各不相同,但在电弧发展速度不快的情况下,动态伏安特性上每一点的电压、电流和电弧长度都满足静态伏安特性关系,该结论是建立动态电路模型的基础。（2）试验研究了直流冰面长电弧运动特性。利用高速摄像机拍摄了直流冰面长电弧的产生和发展过程,分析比较了正、负极性冰面长电弧形态及运动过程之间的差异,利用空间电荷模型分析了冰面电弧发展过程中新放电通道的产生机理,为了实现动态电路模型中电弧发展速度和剩余冰层电阻的计算,论文测量了直流冰面电弧发展速度和电弧直径,得到电弧直径与电弧电流的数学关系。结果表明:与负极性电弧相比,正极性空气间隙局部电弧击穿电压较低,局部电弧产生时间较长;正极性电弧弧足处分支明显,电弧弧足与冰面通过细小分支连接,负极性电弧比正极性电弧更亮、更薄,分支少且分支直径大;冰面电弧发展过程分为三个阶段,第一阶段平均速度不到1 m/s,受飘弧影响明显,与平均电弧电流关系不明显,第二阶段冰面电弧发展速度增加到10～25 m/s,且随着平均电弧电流增加而增大,临闪时电弧速度达到最大值（约75～100 m/s）,该部分内容为建立冰面电弧发展速度模型提供大量数据支撑。（3）试验和仿真研究了直流冰面长电弧温度特性。一方面,利用光谱分析仪测量直流冰面长电弧温度;另一方面,根据电弧磁流体动力学模型,对冰面电弧温度特性进行仿真分析,得到直流冰面长电弧温度分布,并分析等离子体物性参数、外施电压对电弧弧柱温度的影响;最后,通过电弧能量方程分析了电弧伏安特性、电弧直径和电弧温度之间的关系。结果表明:随着电弧电流的增加,电弧温度逐渐升高,当电弧电流在0.4 A以内时,电弧温度介于3500 K～6400 K;电弧弧柱中心温度最高,弧柱中心轴向温度呈两极高、中心低分布;分析发现电弧温度是影响冰面电弧伏安特性的本质因素。（4）建立了覆冰绝缘子长串直流闪络动态电路模型。首先,根据内容（1）得到的直流冰面长电弧伏安特性计算电弧电压;其次,根据内容（1）测得的直流冰面长电弧电压、电流关系计算等效表面电导率,结合内容（2）得到的电弧直径表达式计算剩余冰层电阻;然后,建立直流冰面电弧发展速度模型,依据内容（2）的数据进行拟合,得到直流冰面电弧速度表达式,并提出电弧发展判据;最后,根据自然覆冰绝缘子长串闪络路径特点建立了覆冰绝缘子长串直流闪络动态电路模型,模型的有效性在雪峰山野外站得到了验证。本文的研究工作对推进覆冰闪络研究从短电弧到长电弧、从短串到长串具有一定的参考价值,可为我国高压直流输电线路的外绝缘设计提供理论依据。