空气是高压电力设备中常见的一种绝缘介质,进一步提高固定电极间空气绝缘间隙的耐压特性,可以将其应用于更高电压等级,并有望减少六氟化硫气体在部分高压电力设备中的使用。在气体绝缘间隙中引入隔板,可以有效提高空气间隙的耐压特性。本文通过实验研究不均匀电场中引入隔板对空气绝缘间隙工频耐压性能的作用效果以及电弧在复合绝缘间隙中的发展规律,为环境友好型绝缘技术的发展提供参考。首先,研究不均匀电场中空气绝缘间隙的工频耐压特性。搭建了尖板和球板空气绝缘系统实验平台,通过改变电极半径和开距,研究了不同电场不均匀系数下的击穿电压和最大表面击穿电场强度。实验结果表明:当电场极不均匀时,一定的开距下,电极半径越小的击穿电压反而越高;一定的电极半径下,最大表面击穿电场强度随着电场利用系数的增大而减小。引入电极结构几何参数,提出了不均匀电场中空气绝缘间隙的复合击穿判据。当几何参数大于临界点时,间隙击穿特性使用气体间隙击穿判据进行预估;当几何参数小于临界点时,间隙击穿特性使用实验数据拟合函数进行预估。其次,研究气固复合绝缘间隙的工频耐压特性。设计了隔板与空气复合绝缘系统实验平台,并分析隔板表面剩余电荷对间隙击穿电压的影响。通过对几种常用的隔板材料进行击穿实验,选出三种耐压性能较好的隔板材料做进一步研究。通过改变隔板位置和尺寸,获得不同情况下的气固复合绝缘系统的击穿电压分布,并分析了各因素对击穿电压的影响。结果表明:隔板表面的剩余电荷在交流电压下对间隙击穿电压无显著影响;当隔板与高压电极距离固定时,隔板的尺寸越大,耐压特性的改善效果越显著;引入隔板的位置不合理或隔板尺寸太小,耐压特性不仅得不到改善,甚至会有所下降。最后,基于电弧发展路径研究复合绝缘系统的工频击穿特性。设计了电弧发展路径观测系统,通过两个摄像机从正面和侧面两个角度捕捉电弧发展路径,然后对不同电弧发展路径进行归类,并统计对应的击穿电压和出现频率。通过实验观察到了典型电弧发展路径和最短电弧发展路径,且两种路径对应的击穿电压值十分接近。隔板从高压电极向接地电极移动时,典型电弧发展路径的出现频率降低,最短电弧发展路径的出现频率升高。利用线性回归方法建立了基于电弧发展路径的击穿电压分段预测模型,为气固复合绝缘系统耐压特性的预估提供参考。