覆冰绝缘子上出现的局部放电和电弧放电可能引起闪络,覆冰已成为引起绝缘子电气事故的主要原因之一,国内外就覆冰条件下的放电现象和放电特性进行了多年研究,但是对于覆冰表面各种放电形式的放电通道的热特性（热直径和气体温度）还缺乏了解。放电通道的发热现象将直接引起冰的升温和融化,导致冰面介电特性发生改变进而影响放电发展过程,深入研究覆冰表面上电弧形成和发展过程中放电通道的热直径和气体温度（后简写为温度）特性及与之相关的物理过程,对于揭示覆冰表面电弧放电的机理,推动覆冰表面放电的研究向数值模拟发展具有重要意义。本文采用试验研究结合理论建模的方法,利用平板覆冰模型研究了覆冰表面电弧在形成和发展过程中,放电通道的光谱、电流电压和热特性（温度及热直径）,从放电通道的发展过程和热力学状态出发对其时域热特性进行了数值仿真。试验研究方面,本文设计了一套测量电晕向电弧转化过程中放电通道的发射光谱、电流电压和热特性的校正纹影平台,研究了直流电压下三种电极—覆冰间隙距离（1cm、1.5 cm、2 cm）、四种覆冰厚度（1 cm、1.5 cm、2 cm、2.5 cm）、六种覆冰水电导率（40μS/cm、70μS/cm、100μS/cm、150μS/cm、200μS/cm、400μS/cm）条件下的放电特性。理论研究方面,本文建立了放电通道热膨胀模型和电弧热特性时域动态模型,实现了电弧形成和发展过程中,放电通道的温度和热直径的时域动态计算。本文取得的主要成果如下:（1）设计和搭建了校正纹影试验平台,实现了覆冰表面放电通道的时域热特性测量,提出了改进型高斯-勒让德算法提升了根据纹影图像计算放电通道折射率分布和温度分布的准确性。（2）观测得到了覆冰表面的直流放电包含电晕放电、刷状放电、火花放电和电弧放电四个阶段,其中火花放电形成时放电通道有三种发展路径,分别有空气路径、沿面路径和混合路径。本文依据计算得到的放电通道粒子分组、折射率和温度三者的定量关系,结合泄漏电流变化率与放电通道温度的试验结果,提出了覆冰表面直流电弧形成时的临界温度范围为2000 K～2882 K。（3）获得了各放电阶段的放电通道的时域热特性,其中电晕和刷状放电通道的温度和热直径基本不变,分别维持在500 K～700 K和0.5 mm～0.7 mm附近波动;刷状放电发展形成火花放电时放电通道的热直径和温度均出现一个跃升,跃升幅度从高至低依次是空气路径、混合路径和沿面路径;火花放电向电弧过渡时放电通道的热直径和温度随时间呈线性增长,二者增长速度的规律为空气路径最快、混合路径其次、沿面路径最慢,模型计算结果显示出现该现象的原因是三种路径下放电通道周围的传热介质不同;电弧形成后放电通道的温度和热直径的增长速度逐渐饱和,电弧沿覆冰表面发展时热特性的随机性较大,但是其时域热直径和温度均随泄漏电流的增加而增加。（4）从覆冰表面直流电弧的热平衡关系出发建立了电弧热特性时域动态模型,针对模型中覆冰和污秽条件下电弧粒子组分的初始值求解问题,提出了扰动迭代算法,克服了寻找粒子组分合理初始值的难题;针对模型中覆冰和污秽条件下电弧粒子组分特性的计算问题,提出了改进型拟牛顿迭代算法,提升了解算粒子组分时迭代过程的收敛性和准确性;针对模型中电弧粒子碰撞积分的数值计算问题,提出了离散投影算法,为电弧粒子碰撞积分的数值截断提供了定量依据。（5）基于电弧热特性时域动态模型,仿真分析了不同的电弧粒子组分和覆冰水电导率对覆冰表面直流电弧时域热特性的影响;仿真结果显示,电弧在时域内的最高温度、平均温度、电弧长度、热半径、电弧平均发展速度和平均膨胀速度均随覆冰水电导率的增大而增大;电弧热直径、电弧温度和电弧放电通道的径向温度分布均随电弧中H2O占比的增加而减小;电弧的静态伏安特性随H2O含量的增加而提高,随电弧热半径的增加而降低。试验测得的电弧时域热特性（热直径和温度）和静态伏安特性均介于模型预测的上、下限数值之间,验证了模型的合理性。