输电线路覆冰是一种复杂的自然现象,涉及流体力学、热力学、传热学、气象学等方面的问题。经过国内外多年地研究,针对导线覆冰建立了多种预测模型。由于绝缘子结构复杂,覆冰后形状更是不规则,建立覆冰预测模型比较困难。绝缘子以湿增长方式形成的雨凇覆冰是对电网电气性能最具威胁的一种覆冰类型,究其原因有两个方面:一是冰棱的产生改变了沿面电场的分布;二是覆冰水在相变过程中离子迁移导致融冰期冰面水膜电导率升高,两者的综合作用容易引发闪络事故。因此开展绝缘子湿增长动态覆冰模型及闪络电压的预测研究不仅可以有效地预测输电线路绝缘子覆冰状态,而且对于预防绝缘子覆冰闪络具有重要的工程意义。本文采用覆冰试验、仿真模拟和理论分析相结合的研究方法,首先开展了绝缘子湿增长覆冰试验,得到了绝缘子覆冰的规律;然后通过绝缘子外部气-液两相流的数值模拟,根据能量守恒和质量守恒原理建立了绝缘子湿增长动态覆冰模型;最后通过融冰期测量试验研究了不同条件下冰层及冰棱融冰水电导率随融冰时间的变化规律,分析了电弧发展路径,考虑了闪络过程中剩余冰层电阻的变化,结合绝缘子湿增长动态覆冰模型和交流闪络模型,计算了覆冰绝缘子的临界闪络电压。论文的主要研究工作及取得的成果如下:根据绝缘子的人工覆冰试验,结合流体力学仿真软件分析了绝缘子表面覆冰增长和冰棱生长的过程,结果表明:由于绝缘子迎风侧直接承受过冷却水滴的碰撞,覆冰比较严重,而背风侧的覆冰主要是由于气体绕流和回流旋涡形成的,覆冰较少。随着覆冰时间的增加,冰棱对气流的阻挡作用增强,导致与绝缘子碰撞的水滴数量减少,碰撞系数减小,绝缘子表面覆冰与冰棱的增长速度变慢。风速越大或环境温度越低,绝缘子表面覆冰厚度及冰棱增长的越快,冰棱桥接伞裙的时间越短。在获得绝缘子表面碰撞特性和冻结特性的基础上,根据绝缘子湿增长覆冰物理过程,结合能量守恒和质量守恒原理分析了覆冰过程中冰棱的生长规律,建立了绝缘子湿增长动态覆冰模型。通过理论分析和数值模拟,研究了绝缘子表面覆冰厚度、冰棱长度和冰棱直径的动态增长过程,并与人工气候室试验结果进行对比,结果表明:在不同温度、风速下,绝缘子表面覆冰厚度、冰棱长度和冰棱直径随覆冰时间的变化趋势与人工模拟覆冰试验一致,且仿真结果与试验结果吻合较好。通过融冰期的测量试验,分析了覆冰水电导率、融冰时间、电场、污秽等因素对冰层及冰棱融冰水电导率的影响,结果表明:在不同覆冰水电导率下,冰层及冰棱融冰水电导率随着融冰时间的增加呈非线性下降;带电覆冰时的融冰水电导率低于不带电覆冰时;染污绝缘子冰层融冰水电导率随着融冰时间的增加先上升后下降,在冰层和绝缘子交界面处略有升高,而冰棱融冰水电导率则一直下降。分析了不同冰棱长度下电弧的发展路径,考虑闪络过程中剩余冰层电阻的变化,结合绝缘子湿增长动态覆冰模型和交流闪络模型,计算了不同覆冰程度下绝缘子的临界闪络电压,结果表明:根据电弧发展路径计算得到的闪络电压值与试验值之间的平均相对误差小于11.9%。同时,在严重覆冰条件下,对比分析了剩余冰层表面水膜电导采用数值方法得到的计算值与采用经验公式值对覆冰绝缘子闪络电压的影响。