随着我国智能电网体系的发展建设以及对输变电安全与可靠性要求的不断提高,对输变电线路中重要设备的绝缘等级提出了更高的要求。由于硅橡胶复合绝缘子具有优异的憎水性及耐湿污性能,可有效抑制电力系统污闪事故的发生,在电力线路中应用广泛。但在毛毛雨、雾、露等潮湿环境下,水滴易附着在绝缘子材料表面,导致干区、湿区的形成,而且绝缘子表面水滴在电场的作用下发生有规律的运动和变形,严重畸变其电场分布,甚至会导致沿面闪络。因此,研究绝缘子表面水滴的运动规律及其对沿面闪络的影响具有十分重要的意义。本文首先对水滴在静态下以及电场下的受力进行分析,对多物理场耦合中涉及到的电力学问题和流体动力学问题分别进行理论分析,推导了不同物理场下的控制方程,给出了这两种不同物理场下的耦合条件。比较了不同描述流体运动时界面定位的方法,选定了基于Cahn-Hilliard模型的相场法,通过数值来描述自由边界的问题。同时,采用以有限元法为基础的多物理场耦合仿真软件COMSOL进行建模仿真,研究了水滴在不同电场形式下的运动模式和水滴形态,分析了运动过程中不同时刻的电场分布和变化规律。本文搭建了绝缘子表面的水滴运动试验平台和沿面闪络试验平台。通过对硅橡胶平板上的水滴进行运动试验,研究了不同电场形式下水滴的运动规律,水滴在交流电场下受到电场频率的影响,其运动模式比较多元,而在直流电场下,水滴在一定的电场强度下会发生突然形变,运动模式相对简单。本文定义了水滴的运动参量——拉长率L_n和接触角形变因子θ_n,对不同因素下的水滴运动规律进行了总结。通过闪络试验研究发现,水滴在不同电场形式下的闪络过程有所区别,直流电场下没有出现电弧多次熄弧与重燃的现象,结合不同因素下水滴的运动规律,对闪络电压的变化规律进行了分析与总结,为提升以硅橡胶材料为外绝缘的电力设备运行可靠性奠定了理论与试验基础。图82幅,表5个,参考文献77篇。