高压输电线路电晕放电会损耗电能,还会引起电磁环境问题,对人们生活造成影响,因此电晕放电是高压输电工程中关注的热点问题。我国特高压交直流输电线路覆盖范围广,不同地区的气候条件对输电线路电晕放电影响较大,湿度和气压是主要的影响因素。对于直流负电晕可以分为三种模式:Trichel脉冲、无脉冲辉光、负流注,不同的电晕放电模式下电晕电流和放电形式有所差别,会造成导线能量损耗和电磁环境影响的差异。现有的负直流电晕放电机理研究主要是关于各环境因素(如气压、湿度等)对Trichel脉冲特性的影响,主要涉及电晕起始电压、脉冲频率等,而关于这些因素对电晕放电模式转换的影响及其机理分析,目前研究还比较缺乏。首先,搭建了一套湿度和气压可调的放电腔体模拟不同的气候条件,实验时的气压范围为50kPa-101kPa,相对湿度范围为10%-90%。采用不同曲率半径铜针-板电极布置,间隙距离2.5cm,通过测量暂态电流和电晕放电电压,研究了湿度和气压对直流电晕放电模式转换的影响,详细讨论了负直流电晕放电从Trichel脉冲到无脉冲辉光的转换物理过程。通过实验分析了湿度和气压对负电晕放电Trichel脉冲特性的影响的科学规律,包括湿度和气压对负电晕起始电压、脉冲平均电晕电流以及脉冲重复频率的影响。其次,为了探究负直流电晕放电从Trichel脉冲到无脉冲辉光的转换机理,在Comsol Multiphysics软件中建立了负电晕放电仿真流体模型。研究了气体加热和电子解离反应对负电晕放电Trichel脉冲转换为无脉冲辉光过程的影响,阐明了导致负电晕放电模式的转换的关键因素。仿真结果表明气体加热效应在Trichel脉冲到无脉冲辉光的转换过程中起着重要作用。最后,研究了湿度和气压对直流负电晕放电模式Trichel脉冲到无脉冲辉光转换特性的影响,分析了转换电压的变化规律,揭示了湿度和气压对Trichel脉冲-无脉冲辉光转换特性的影响机理。实验结果表明,当湿度不变时,转换电压随气压的增加而增加。当气压不变时,转换电压随着相对湿度的增加而增加。这是由于相对湿度增加,放电时形成水合离子降低离子迁移率减缓了针尖电极电场的恢复过程。此外,曲率半径较大的针电极在转换过程中出现了Trichel脉冲和无脉冲辉光模式同时存在的过渡过程。本文的研究成果可为高压直流输电线路的设计以及电晕放电应用设备的性能优化提供参考。