覆冰对输电线路绝缘子电气外绝缘特性产生严重影响,为此国内外学者对冰面交流电弧特性、数学模型和人工覆冰绝缘子交流闪络特性进行大量研究,但研究冰面交流电弧特性的电弧长度较短、自然覆冰绝缘子交流闪络特性研究缺乏系统性。本文在国家自然科学基金支持下,结合我国超/特高压输电工程建设需求,在大型多功能人工气候室系统地开展了不同电弧长度（10～60 cm）的交流电弧特性研究;在雪峰山野外科学观测研究站开展了自然覆冰悬式绝缘子（瓷、玻璃和复合绝缘子）和支柱绝缘子交流放电过程研究,基于冰面交流电弧伏安特性和重燃条件试验结果及自然覆冰条件下绝缘子交流冰闪试验现象,建立绝缘子交流冰闪数学模型,并结合自然覆冰条件下绝缘子交流冰闪特性试验结果对闪络模型进行试验验证。论文的主要工作如下:（1）利用高速摄像机拍摄自然覆冰绝缘子（LXY-210）交流放电过程,可分为不稳定发展阶段和稳定发展阶段,分析了电弧发展过程中飘弧和短接等现象,研究了覆冰绝缘子交流电弧稳定发展阶段交流电弧长度、低压端局部电弧向上发展的速度和高压端局部电弧向下发展的速度与时间的关系,得出临界电弧长度在62.6%*H～64.6%*H之间,小于临界电弧长度时,速度基本小于4.8 m/s,达到临界电弧长度时,速度急剧增加至70.67 m/s及以上。（2）设计了矩形平板覆冰和冰柱物理模型,通过试验对比了矩形平板覆冰和冰柱试品,结果表明冰柱是进行冰面电弧特性试验的理想试品,分析了冰面交流电弧的明暗交替变化过程,研究了冰面弧足分布和单电弧的多弧足现象及其构成,得出冰面弧足分叉始终存在,而单电弧的多弧足现象是一种过渡状态。（3）搭建冰柱（长200 cm、直径40 cm）交流电弧特性试验平台,试验研究了不同长度（10、20、30、40、50和60 cm）冰面交流电弧伏安特性和重燃条件,获得了冰面交流电弧伏安特性和重燃条件随局部电弧长度的变化规律。（4）搭建冰面交流电弧光谱测量试验平台,试验研究冰面交流电弧特征谱线,利用相对强度法计算冰面电弧等离子体的激发温度,利用OH基两峰值强度比与转动温度的关系得到冰面交流电弧的转动温度,电子密度通过Hα（656 nm）谱线进行计算,获得激发温度、转动温度及电子密度与峰值泄漏电流的关系。（5）基于自然覆冰交流闪络试验和矩形平板覆冰电弧特性试验,发现覆冰绝缘子放电过程中与绝缘子接触的冰层表面存在融冰水膜,并分别给出了与绝缘子接触的冰层表面的冰层电阻和与空气接触的冰层表面的冰层电阻计算公式,提出绝缘子剩余冰层电阻模型,并对轻度覆冰和半圆柱覆冰绝缘子的剩余冰层电阻进行分析;基于试验得到的伏安特性常数和重燃常数,建立覆冰绝缘子交流闪络数学模型,并提出覆冰绝缘子交流电弧临界闪络判据和交流电弧发展准则。（6）在雪峰山野外科学观测研究站对11种自然覆冰绝缘子的交流冰闪特性开展了系统地试验研究,获得串长至13片的绝缘子交流冰闪电压与盐密、冰厚、覆冰量和污冰参数的变化规律,从理论和试验上证明绝缘子交流覆冰闪络电压与盐密呈幂函数关系,比较了自然和人工覆冰绝缘子交流闪络电压试验结果,得到自然覆冰与人工覆冰绝缘子交流冰闪电压的比值在1.07～1.27的范围内。基于7片和13片半圆柱覆冰绝缘子交流闪络试验结果对模型进行试验验证,研究结果表明该模型计算结果与试验结果的相对误差最大分别为12.6%和8.3%。