长空气间隙正极性先导放电特性是电力设施外绝缘设计和雷电屏蔽防护接闪终端设计、性能评估的重要基础。先导起始阶段是电极（或发展中先导）头部先导形成的关键,包含首次电晕、初级暗区和先导起始时刻等3个依序过程。针对该3个依序过程,国内外学者开展了大量实验和理论研究,但仍存在不足,包括:首次电晕起始随机性、电流脉冲波形特征和形成机制,及其受外施电压上升率的影响;单个初级暗区、多个初级暗区和暗区消失等3种类型初级暗区的存在条件,及其特征参量受外施电压上升率的影响;先导起始关键模型判据与权威实验结果存在偏差,有效性受到挑战,先导起始物理过程机制亟需澄清。本文聚焦首次电晕放电行为、初级暗区时间变化规律和初级暗区内先导起始过程机制三个方面,将外施电压上升率作为控制变量,开展长空气间隙正极性先导起始阶段各项电学参量响应规律的系统性实验研究,并结合理论分析和推理,探索首次电晕放电发展行为机制及二次电晕（先导）起始物理机制。本研究对揭示先导起始物理机制和支撑设备绝缘、雷电屏蔽设计具有重要的科学意义和工程应用价值。主要内容与结论如下:设计了实验平台、观测方案和实验环境控制方法。设计了一种10m棒-板间隙（棒电半径R=1 cm）施加电压上升率在较宽、较密范围内变化的高上升率冲击电压的实验方案。针对先导放电起始电学参数测量要求,确定了实验电压和电流信号的测量精度与量程以及同步时延和误差精度,并构建了先导放电起始实验观测平台,实现了电压和电流数据的精准同步观测。依据实验所在地气候条件,提出了采用季节温度控制试验湿度的方法:夏季,绝对湿度为21～25g/m3;冬季,绝对湿度为1～4 g/m3。实现了每组试验过程中绝对湿度控制在较窄的范围内变化,可有效减小湿度变化因素对放电过程的影响,同时可获得极高湿度和极低湿度下先导起始阶段各项电学参量结果的对比。研究了首次电晕放电行为与电流脉冲形成机理。基于外施电压与首次电晕放电电流波形同步观测数据,系统实验研究了首次电晕起始电压UiC、外施电压上升率和大气湿度等参数对首次电晕电流脉冲特征参量（包括电流脉冲注入电荷量QiC、峰值Ip、上升沿时间tR和尾部时间tT等4个）的影响规律。结合理论分析,提出了基于电极头部电位分布图诠释首次电晕放电行为机制和电流脉冲形成机制的方法:放电前几何电位分布Ug和电晕形成后静电位分布Us的势差（Us-Ug）驱动了流注头部放电,决定了头部空间电荷波发展的速度vs和产生的正离子Ns;电流脉冲形态是由电极头部电场分布发散度决定的,即在极不均匀电场结构下,沿远离电极方向,势差（Us-Ug）先急速增加、后逐渐减少,而空间电荷曲面（碰撞截面）持续扩增,形成了电流脉冲的快上升沿和双指数下降沿。结合本研究实验观测结果,分析提出了首次电晕电流脉冲波形特征受UiC或外施电压上升率的影响机制:UiC或外施电压上升率的增加,均可扩大每一个空间位置势差（Us-Ug）,提升该位置空间电荷波的发展速度vs和电荷量,致使电流脉冲峰值Ip、尾部时间tT和注入电荷量QiC的增加;在相同Ip下,外施电压上升率的增加,虽然进一步提升了远离电极区域空间电荷波的发展速度vs和电荷量,但是由于电子的吸附作用,尾部时间注入的电荷量增加减弱,致使QiC-Ip关系呈现线性关系,受外施电压上升率影响较小。高湿度下,水合电负性氧气分子数量和浓度的增加,增强了其对放电产生电子的吸附作用,提升了电晕放电区域流注通道留存的负极性离子密度,致使流入电极的电流脉冲上升沿时间tR、尾部时间tT和电荷量QiC的降低。研究了不同电压上升率下初级暗区时间变化规律。基于先导起始阶段外施电压与放电电流同步波形数据,获得了首次电晕特征参量（UiC和QiC）、外施电压上升率特征参量与初级暗区时间（Td）的相关性规律。实验研究发现了高湿度环境下初级暗区内电压增量ΔUd随电压上升率增加而降低的规律。提出了定量衡量外施电压上升率的物理量（初级暗区内平均电压上升率MVPD/MVPDP）,建立了实验直接获得初级暗区时间与外施电压上升率定量关系的方法。研究了高上升率冲击电压作用下先导起始物理过程机制。基于单个初级暗区、多个初级暗区和初级暗区消失等3种类型现象规律与理论分析研究,首次发现并提出了高上升率冲击电压作用下二次电晕起始放电的机制:首次电晕电荷区域遗留的正负空间电荷在持续的外施电场作用下错位移动——负电荷流向电极、正离子远离电极,形成了“类极化效应”,在短时间内、空间电荷移动较短距离就实现了电极附近和电晕区域头部场强同时增加,触发了电晕头部电离波重启和二次电晕起始。提出了多电晕脉冲产生和先导起始物理机制:每一次电晕电流脉冲峰值低、发展尺度小,电晕区域在电极附近,外施电压电场对电晕区域电荷移动作用强,即空间电荷错位移动更快速、剧烈,电晕头部前方电场恢复更快,致使下一次电晕放电在较短时间间隔内从前一次电晕电荷波前重启发展;在多次电晕脉冲将空间电荷波前半径扩大到一定尺寸后,前方电场足够均匀,达到产生持续发展先导的起始条件。分析获得了初级暗区消失的物理机制,证明了正极性电晕流注发展“快机制”的存在。