环氧树脂复合绝缘材料具有性能稳定、环境适应性强、绝缘性能优良等优点,复合绝缘材料杆塔可增大绝缘距离,大幅提高耐雷水平,还可以减少线路走廊宽度。但复合绝缘材料杆塔自身全绝缘结构的特殊性和塔身附着大量悬浮电位金属导体的特点,使其防雷和耐污性能成为新问题,复合绝缘材料杆塔的外绝缘特性及配置是需要解决的关键技术之一。目前复合绝缘材料杆塔的防雷接地方式以试验为主,缺乏必要的理论论证；另一方面杆塔绝缘配置方式对复合绝缘材料杆塔外绝缘特性影响的试验和分析尚不深入。本文旨在采用数值仿真和现场试验相结合的方法,对复合绝缘材料杆塔外绝缘特性及关键技术进行探索和深入研究,为复合绝缘材料杆塔的推广应用提供依据。具体内容如下：(1)避雷线的接地引下方式的选择。本文设计了110kV同塔双回格构式复合绝缘材料杆塔避雷线的两种引下接地方式：避雷线从双回导线内侧引下接地和从塔头内部引下接地。对进行雷电冲击试验的塔头的布置参数进行了静电场仿真计算,结果表明,塔头悬挂高度不低于8m、试验导线长度不小于18m和接地引下线半径不小于0.01m时,导地线表面电场强度较接近110kV同塔双回格构式复合绝缘材料杆塔的实际运行条件。比较了导线内侧接地时引下线不同离杆距离以及两种引下接地方式下导线和引下线表面电场强度。对塔头进行了雷电冲击试验。引下线从塔头内部接地时,相-地间隙50%雷电冲击放电电压为1578kV,放电路径穿过格构式复合材料杆件之间的间隙,受复合材料杆及悬浮电位金属导体的影响,放电路径呈现分叉,在较大风速等气象条件时电弧极有可能灼伤复合材料表面。引下线从导线内侧接地时,相-地间隙50%雷电冲击放电电压大小与接地引下线的离杆距离没有明显关系,最小值为1438kV。虽然略小于前一种方式,但也大幅度提高了线路耐雷水平,增大相地间隙50%雷电击穿放电电压。在不小于0.45m时放电路径不受复合绝缘材料杆塔及杆件上悬浮电位金属螺栓的影响：在不大于0.35m时,放电路径受塔头悬浮电位金属导体影响产生分叉或弯曲。因此110kV同塔双回格构式复合绝缘材料杆塔的避雷线应从双回导线内侧垂直引下接地,引下线与杆塔距离不小于0.45m。(2)复合绝缘材料杆塔污秽放电特性研究。进行了复合绝缘材料塔头分别与玻璃绝缘子串和复合绝缘子配合时的人工污秽耐受和闪络试验。配合玻璃绝缘子串且试验电压为最高运行相电压时,绝缘子和塔头金属部件周围污层表面出现严重的间歇性放电,部分金属螺栓之间的污层表面被短电弧击穿,泄漏电流峰值达到23mA;配合复合绝缘子时,相同电压下,间歇性放电仅出现在绝缘子两端金具上,泄漏电流峰值不足0.6mA。配合玻璃绝缘子串时,对金属螺栓周围局部电场的改善措施不能消除复合绝缘材料杆塔在人工污秽试验中的电晕放电现象,正是由于这些悬浮电位金属部件的存在导致了塔头上出现电晕放电。污秽闪络试验中仅在绝缘子(串)上出现了桥接伞裙的电弧,此时的电压在塔头配合复合绝缘子时要高于玻璃绝缘子串。复合绝缘子两端加装均压环起到了改善局部电场分布的作用,出现桥接电弧时的电压从109kV提高到145kV。(3)复合材料杆塔污秽放电机理研究。在小尺寸复合绝缘材料试片上重现了复合绝缘材料杆塔污秽试验中出现的放电现象。小尺寸复合绝缘材料试片的试验和电场仿真结果表明,悬浮电位金属导体的存在畸变了附近电场强度,促进了污层干燥带的产生。被放电电弧加热的金属部件持续向外传导热量维持了金属部件附近干燥带的存在。对不同长度干燥带电场仿真结果表明,污层干燥带长度增大,干湿交界处电场强度迅速下降。因此,污层干燥带发展到一定长度时,放电活动因畸变电场的降低而无法维持下去,导致塔头悬浮电位金属部件引起的电晕放电呈现由弱到强、再变弱最终消失的间歇性特征。悬浮金属体的存在是复合绝缘材料塔头产生电晕放电的诱因,污秽试验中,玻璃绝缘子上首先产生放电电弧,悬浮电位金属部件附近污层表面的泄漏电流增大,使此处已经有一定程度畸变的电场强度进一步增大,最终产生电晕放电和干燥带。(4)悬浮电位金属导体对污层表面电场的畸变特征。使用准静电场方法计算和分析了小复合绝缘材料试片上附着不同形状、不同曲率半径以及不同相对位置时的悬浮电位金属导体对湿污层表面电位和电场分布的影响。悬浮电位金属导体的存在使其周围覆污试片表面的电场发生畸变；不同形状悬浮电位金属导体对电场强度分布特征影响截然相反,悬浮电位金属导体与污层的不同接触区域的电场强度差别明显。(5)复合绝缘材料杆塔绝缘配置方式的仿真分析。用准静电场方法对湿污条件下复合绝缘材料配合不同类型绝缘子(串)时的电压承担率进行了仿真计算。复合绝缘材料杆塔配合复合绝缘子的配置方式存在缺陷。复合绝缘子几乎承担了全部电压降,在潮湿环境中不利于输电线路的安全稳定运行。随着玻璃绝缘子串中绝缘子片数的增加,绝缘子串上承担的电压迅速增大,复合绝缘材料塔头的污层表面电场强度最大值快速下降。在复合绝缘材料塔头和最上一片绝缘子的污层表面电场强度最大值不超过起始放电场强的原则上,玻璃绝缘子串中绝缘子片数为3片或4片为宜。悬浮电位导体的均压改进对复合绝缘材料杆塔整体和局部的电场分布影响都不显著。