目前车顶复合绝缘子具有耐污闪性能好、抗老化能力强、重量轻等优点,在铁路供配电系统中得到广泛应用。但当硅橡胶复合绝缘子处于高速气流环境中,伞裙会发生破裂。同时高速气流带动沙尘颗粒不断碰撞绝缘子伞裙套表面,使其表面材料的粗糙度发生变化,引起憎水性能降低。车顶绝缘子时常发生电气绝缘性能降低甚至闪络等故障,影响轨道交通供电系统安全稳定运行。本文仿真分析了强风沙尘环境下车顶复合绝缘子的风压分布和形变特性,各种工况下绝缘子的电场分布,并通过试验探究了不同粗糙度下硅橡胶材料的憎水性和闪络特性。研究结果为车顶绝缘子的优化设计,提高动车运行可靠性提供参考价值。论文的主要内容如下:(1)针对车顶绝缘子在强风沙尘条件下伞裙的受力和形变特性,采用流固耦合仿真的方法,计算车顶绝缘子表面的风压分布、探讨风速和来流角度对绝缘子受力和形变特性的影响。结果表明:伞裙上下表面的风压差,形成较大合力作用于伞裙,引起伞裙形变,伞裙表面的风压差越大,伞裙形变越大。伞裙根部会出现应力集中现象。在反复外加力的作用下,伞裙根部的材料寿命明显低于伞裙的其他部位。不同来流角度下,绝缘子伞裙边缘的形变量和伞裙根部的受力明显不同。同时伞裙的结构、直径和倾角显著影响绝缘子的抗风性能。(2)建立车顶复合绝缘子模型,分别研究绝缘子在存在内部存在间隙,伞裙覆冰和积雨三种工况下的电场分布情况,仿真结果表明:当绝缘子内部存在间隙时,对绝缘子空间电场畸变明显。随着间隙厚度增大,内部间隙最大电场强度也会随之增大;间隙长度越大,内部间隙场强畸变程度越小。淋雨和覆冰条件下,绝缘子电场畸变明显。(3)制备了不同粗糙度的硅橡胶试样,探究了硅橡胶表面粗糙度与其憎水性的关系;同时测试了不同粗糙度试样的沿面闪络电压,并通过电场仿真进行验证分析。结果表明:表面粗糙度增加会导致硅橡胶憎水性能降低;高粗糙度试样的干闪电压随着粗糙度逐渐增大而增加,湿闪电压随着试样粗糙度的增大而降低,而硅橡胶附着单个分离水珠时的闪络电压随着粗糙度的增大而增大。电场畸变程度随着粗糙度的增大而增大。不同粗糙度试样的干闪电压受到表面粗糙度和电场畸变共同影响。