列车运行时,车顶绝缘子处于高速气流环境中,污秽在绝缘子表面分布不均匀,容易引起车顶绝缘子闪络。同时,在雾、雨环境中接触网上可能凝结水滴,列车运行时,车顶受电弓与接触网接触,水滴沿受流设备流动、滴落,引起车顶电场畸变,诱发闪络。尤其是近几年来,雾、雨环境造成车顶绝缘子闪络的问题更加突出。当前,电气化铁路复杂环境绝缘闪络问题的理论研究尚不深入,工程上还没有很好解决该问题的系统方案,成为制约列车安全、稳定运行的潜在威胁。在电气化铁路快速发展背景下,研究高速气流环境车顶绝缘子积污特性及闪络机理对保证高速铁路的安全运行具有重要的意义。本文对高速列车强气流环境车顶绝缘子积污特性及其对闪络的影响机理进行了探索,根据车顶电场分析提出车顶设备优化方法。分析了高速气流环境污秽颗粒受力特点；建立多相流体模型,讨论了污秽颗粒在高速气流中的运动状态；引入聚团流化理论分析污秽在绝缘子表面的粘附特性；结合试验,研究了污秽颗粒、气流流速、来流角度等对绝缘子表面积污分布的影响；依据分析,得到了高速气流环境绝缘子表面积污分布函数,提出一种分布函数测量方案；比较绝缘子伞裙倾角、伞裙间距、伞裙组合类型等不同的伞裙设计时绝缘子积污状况；在减小表面积污角度,提出绝缘子的设计方法。在电气化铁路车顶绝缘子污秽组成及污秽分布研究的基础上,分析了污秽性质及污秽分布对绝缘子表面电场的影响。讨论了接近实际分布状况时,不同伞裙设计对沿面电场的影响；在降低电场畸变的角度,提出绝缘子设计优化方法。根据高速气流环境车顶绝缘子沿绝缘子方向及环绕绝缘子方向污秽的不均匀性,提出污秽非均匀分布闪络时剩余电阻的计算方法；比较不同污秽分布状况绝缘子闪络特性,得到污秽沿面分布与环绕绝缘子非均匀分布对闪络电压的影响特性。采集成都一青城山高速铁路沿线犀浦段污秽,建立了污秽失水模型,结合实验分析了电气化铁路污秽失水过程中的电学特性；得出绝缘子染污程度的表征参量及表征方法。根据高速列车车顶受流设备的结构特点,分析了接触网上水滴在车顶部件降落过程,比较了有效导电水滴对车顶空间电场影响,提出了一种车顶电场整体畸变状况的表征方法；计算了沿接触网水滴分布,降落位置、车顶绝缘、列车速度等对车顶电场的影响程度；比较车顶不同设计方式电场分布状况,提出了车顶高压设备优化方案。