气体绝缘电力设备会遭受直流电压与冲击电压的联合作用，而直流叠加冲击电压下SF6气体间隙和绝缘子沿面的放电特性与直流电压或冲击电压单独作用下的放电特性有所不同。迄今为止，国内外尚未掌握直流叠加冲击电压下SF6气体间隙和绝缘子沿面的放电特性与规律。因此，研究直流叠加冲击电压下SF6气体间隙和绝缘子沿面的放电特性，对优化气体绝缘电力设备的绝缘设计和掌握空间电荷与表面电荷对放电过程的影响机制具有重要的工程应用价值与理论意义。
本文搭建了直流叠加冲击实验回路，可产生正/负极性直流叠加正/负极性冲击电压波形。建立了一套基于光电倍增管、高速分幅相机、阻容分压器和高频电流互感器的光电联合诊断平台，通过采集发光信号、放电图像、电压信号和电流信号来研究直流叠加冲击电压下气体间隙和绝缘子沿面的放电过程。搭建了基于静电探头法的绝缘子表面电荷测量平台，可以对支柱绝缘子表面电荷进行三维测量。实验平台的建立为研究直流叠加冲击电压下SF6气体间隙和绝缘子沿面的放电特性提供了必要手段。
研究了直流叠加雷电冲击电压下气体间隙放电特性，研究发现，直流叠加雷电冲击电压下稍不均匀电场中气体间隙的击穿电压与雷电冲击电压下相近。在极不均匀电场中，当直流电压幅值高于电晕起始电压时，电晕放电产生的空间电荷会使直流叠加雷电冲击电压下气体间隙的击穿电压发生变化，击穿电压的变化率与直流/冲击电压极性、气压和电场不均匀度有关。直流叠加雷电冲击电压下气体间隙放电过程的光电联合诊断结果表明，迁移区空间电荷会改变电极附近的电场分布，从而影响气体间隙的流注起始电压，同时会影响先驱形成过程中丝状电荷区内部空间电荷的迁移过程及丝状电荷区末端的电场，进而影响先导的形成和发展。
研究了直流电压下绝缘子表面电荷积聚特性和直流叠加雷电冲击电压下绝缘子沿面闪络特性，研究发现，随着电场增强绝缘子表面电荷极性发生反转，电荷积聚的主导机理由绝缘子体电导变为气体侧传导。获得了直流电压预加时间、电压极性和气压等因素对绝缘子表面电荷积聚特性和直流叠加雷电冲击电压下绝缘子沿面闪络特性的影响规律。定量分析了表面电荷对绝缘子沿面电场的影响，发现表面电荷畸变造成绝缘子沿面最大场强的变化率与直流叠加雷电冲击电压下绝缘子闪络电压变化率幅值相近。同时，通过建立直流电压下绝缘子表面电荷积聚仿真模型，分析了不同结构盆式绝缘子在直流叠加雷电冲击电压下的闪络特性。
研究了金属微粒对直流叠加雷电冲击电压下气体间隙及绝缘子沿面放电特性的影响，研究发现，当气体间隙中存在自由金属微粒时，直流电压下线形金属微粒的运动主要有跳跃与飞萤两种模式，飞萤起始电压取决于气压、微粒尺寸和电极结构。直流电压下绝缘子附近自由金属微粒在电场梯度力的作用下易于向绝缘子运动，微粒的附着位置取决于绝缘子形状和微粒运动模式。直流叠加雷电冲击电压下自由金属微粒会显著降低气体间隙的绝缘耐受水平，当微粒处于跳跃状态时气体间隙击穿电压的分散性较大，处于飞萤状态的微粒会对气体间隙的绝缘性能造成更大威胁。直流电压下附着微粒绝缘子表面电荷积聚过程显著加快，且在微粒端部表面电荷会出现激增。与洁净绝缘子的闪络特性相比，直流叠加雷电冲击电压下附着微粒绝缘子闪络电压的变化率显著增大，微粒对绝缘子闪络特性的影响与气压、微粒位置、微粒尺寸等因素相关。对绝缘子沿面放电过程的观测结果表明，表面电荷会对直流叠加雷电冲击电压下极不均匀电场中绝缘子沿面流注起始过程和先导发展过程产生显著影响。