开尔文探针力显微镜（KPFM）是一种以纳米级分辨率对材料表面进行电势测量的重要工具，由于其对材料表面电荷的敏感性，近年来在电介质电荷行为研究中获得了广泛应用。本文介绍了KPFM的原理，归纳了KPFM应用于电介质中电荷行为的最新研究进展，重点分析了电介质中表面、界面电荷的扩散、迁移机制，还对KPFM在无机材料、纳米复合材料、铁电材料等典型电介质中的应用研究进行了综述。

绝缘子在生产、运行过程中会产生缺陷，造成表面电荷积聚，影响绝缘子电场分布，严重时会发生沿面闪络，影响电气设备的安全运行。因此，研究绝缘子中缺陷的无损检测及评价方法具有重要意义。本文首先总结了气泡、裂纹和金属异物等绝缘子缺陷类型对绝缘子绝缘性能的影响，分析了不同缺陷的产生和发展机理；然后，归纳并介绍了基于声、光和热特性的新型无损检测方法的检测原理和研究现状；最后，从检测速度和精度等角度对检测方法进行综合评价，评估不同检测方法对绝缘子缺陷的检测效果，并对未来绝缘子缺陷检测的研究方向进行展望。

为提升油浸式变压器中绝缘纸的抗老化性能，选取3种常见硅烷偶联剂作为改性剂，通过浸泡的方式对绝缘纸进行改性，然后将所得样品在130℃下进行35天的油纸联合热老化试验，定期取样测量绝缘纸的抗张强度、介电常数和击穿电压。结果表明：3种硅烷偶联剂均能提升绝缘纸的抗老化性能，其中经3-氨基丙基-三乙氧基硅烷改性的绝缘纸在热老化过程中几乎保持了原本纤维素的三维网状结构，具有最高的机械强度、介电性能和抗击穿能力。

为获得金属箔电阻器用高热稳定性环氧粘接剂材料，采用分子模拟计算结合实验的方法研究了甲基六氢苯酐（MeHHPA）、甲基四氢苯酐（MeTHPA）和六氢苯酐（HHPA）的分子结构对金属箔电阻器环氧粘接剂材料热力学性能的影响。首先分别建立了3种酸酐分子与芴基环氧树脂（DGEBF）的交联模型，并通过分子模拟计算分析了交联模型的宏观热力学参数，其次从微观参数方面解释了酸酐分子结构对交联体系热力学性能影响的机理，最后通过实验对仿真结果进行了验证。结果表明：六氢邻苯二甲酸酐体系具有最小的自由体积和均方位移，自由体积占比仅为15.15%。实验中，3种酸酐固化体系的热力学性能变化趋势与模拟计算结果相吻合，六氢苯酐体系的热力学性能最好，其玻璃化转变温度达435 K，弯曲强度达84.46 MPa，体积热膨胀系数仅为1.65×10^-4 K^-1。

本研究将碳氢（CH）树脂引入氰酸酯-双马（BT）树脂体系制备了氰酸酯-双马-碳氢（BT-CH）复合树脂体系及BT-CH覆铜箔层压板。利用差示扫描热量法（DSC）、傅里叶红外光谱（FTIR）、扫描电镜（SEM）研究了BT-CH复合树脂体系的固化反应动力学参数，考察了固化后BT-CH复合树脂体系的介电损耗（D_f）以及热氧老化性能。结果表明：BT-CH复合树脂体系的反应级数、活化能、频率因子小于BT体系，CH树脂对BT树脂的固化反应有促进作用。BT-CH覆铜箔层压板的红外光谱中，氰酸酯基团、酰亚胺基团、乙烯基集团特征峰消失或减弱，三嗪环特征吸收峰出现，树脂体系反应充分。扫描电镜显示基板无空洞等微观缺陷。BT-CH基板的D_f比BT基板提高了25%，其在153℃下热氧老化4周后D_f增加6%，具有优异的耐热氧老化性能。

为了解决黑色页岩（BS）在作为聚合物填料应用过程中与偶联剂相互作用差、所含硫元素在加工过程中异味重等问题，本研究对黑色页岩进行煅烧加工，利用XPS、FTIR、SEM等分析了煅烧对页岩组成和形貌的影响。随后制备了煅烧BS/高密度聚乙烯（HDPE）复合材料，并测试了复合材料的热学性能、力学性能和电学性能。结果表明：煅烧去除了BS中的有机质和硫铁矿，600℃下煅烧后BS的碳原子摩尔比由35.95%下降到6.98%，而硫原子摩尔比已经不可测出，页岩保持层状结构并有片层裂碎现象，且页岩层间距略有缩小。煅烧BS/HDPE复合材料的冲击强度比天然BS/HDPE的冲击强度提升显著，这是因为煅烧后的BS与HDPE之间存在大量的界面粘接，而天然BS与HDPE之间完全分离。煅烧BS/HDPE复合材料的体积电阻率维持在4.79×10¹⁶ Ω·cm及以上，表明煅烧BS的加入对复合材料的介电性能影响较小，复合材料拥有较好的电绝缘性能。

高压电气设备中广泛使用的玻璃纤维增强树脂（GFRP）材料易在长期运行条件下受到湿热环境侵蚀导致绝缘劣化，影响电力系统的安全稳定运行。本文使用纳米SiO₂改性玻璃纤维，随后浸润环氧树脂制备了GFRP复合材料，并对其进行加速湿热老化处理，通过实验测试与仿真分析不同浓度纳米SiO₂对GFRP内部水分侵入和抗老化特性的影响。结果表明：当SiO₂质量分数为9.4%时，GFRP复合材料对水分侵入的抑制效果最好；同时SiO₂的加入可以使GFRP复合材料在老化前后都保持较高的表面绝缘性能。此外，结合仿真计算结果从分子尺度揭示了SiO₂对GFRP复合材料水分侵入的抑制作用及抗湿热老化特性的影响机制。

为研究抽水蓄能发电机组定子线棒绝缘的老化特性，以18 kV抽水蓄能发电机VPI定子线棒为研究对象，对其进行不同温度、不同周期下的热老化试验并测试其理化特性、热学性能及力学性能，研究其热老化前后材料特性的变化规律。结果表明：在热老化过程中，发电机定子线棒绝缘中的环氧树脂成分变化是导致其微观结构、热学性能及力学性能发生变化的主要原因，且理化特性、热学性能及力学性能的测量分析结果之间有较高的吻合度。

为探究特高压电力设备中绝缘支撑用环氧基材料的空间电荷特性差异的内在机理，以环氧树脂和微米氧化铝/环氧复合材料为对象，研究了不同电、热环境下材料的空间电荷动态特性，并讨论其陷阱分布特性。结果表明：环氧树脂及其复合材料的空间电荷分布均表现出明显的温度特性与场强特性，在高温高场下电荷更易于从电极处注入并在试样内迁移，入陷电荷数量增加。高温下氧化铝填料的高导热性使得电荷消散较快，氧化铝/环氧复合材料的电荷积聚现象有所改善。在高场条件下，氧化铝/环氧复合材料比环氧树脂更容易积聚同极性电荷，氧化铝材料的陷阱密度较小，使得同等条件下试样内部产生更大程度的电荷积累与场强畸变。

在高压直流电场下环氧树脂表面的微粒和缺陷会使局部电场发生畸变，形成非均匀电场，进而诱发沿面闪络。现有环氧树脂表面改性方案大多关注于处理的均匀程度，对非均匀电场下的耐压性能提升有限。本文针对非均匀电场开展仿真研究，结合电场特点进行针对性的梯度改性方案设计，将等离子体氟化改性技术与梯度绝缘理念相结合，在传统氟化改性的基础上实现了对环氧树脂的等离子体阶跃型梯度氟化改性。结果表明：等离子体阶跃型梯度氟化使环氧树脂的表面微观形貌、化学组分和电气性能均呈现出阶跃型梯度分布，既可以降低环氧树脂的表面场强最大值，又可以调控界面电荷动态行为，大幅提升环氧树脂的沿面闪络性能，提升效果优于等离子体均匀氟化。

近年来，高压电缆缓冲层烧蚀故障频发，为解决这一问题，本研究建立XLPE电缆仿真模型，研究不同电阻率下缓冲层的电场分布特性；基于故障机理提出了缓冲层修复方案与全套现场修复工艺，分别对长度为1.2 m和6 m的220 kV高压交联聚乙烯故障电缆进行修复试验，并从接触电阻与电容电流两个角度对修复效果进行评价。结果表明：随着缓冲层体积电阻率的升高，缓冲层与铝护套之间电场畸变严重，极易引发局部放电，从而引起电缆故障；而随着缓冲层体积电阻率的下降，缓冲层与铝护套间的电气连接逐渐恢复，电场分布趋于均匀。注入导电修复介质后，缓冲层与铝护套之间的电阻下降幅度可达41.67%，表明缓冲层与铝护套电气连接性能得到恢复。

为了研究压力和温度对电缆用乙丙橡胶绝缘电导性能的影响，本研究测量了不同电场强度、温度和压力下乙丙橡胶的极化电流，提取极化指数和电导率，分析了乙丙橡胶的性能变化规律。基于准稳态电导电流密度与电场强度的关系，研究了压力和温度对乙丙橡胶导电机制的影响。结果表明：极化指数和电导率与温度呈线性相关性，而与压力呈非线性相关性。这是因为受压力和温度影响，乙丙橡胶的导电机制发生了变化，温度升高可以促进乙丙橡胶中的载流子数目增多。较低的压力限制了乙丙橡胶分子间的运动，较高的压力会破坏分子链，导致电导率升高。

合理预测交联聚乙烯（XLPE）电缆的老化状态，及时更换老化严重的电缆，对于电网的稳定运行至关重要。本研究对XLPE绝缘电缆试样进行145℃的加速热老化实验，分析了相关微观理化特性，并建立了太赫兹频段介电参数与微观结构之间的关联。结果表明：随着老化时间的增加，XLPE的结晶度降低、热稳定性下降，羰基指数增大，表明XLPE老化程度逐渐加剧；在太赫兹频段范围内，介电常数实部受结晶度、极性基团含量等多种结构因素的共同影响，导致其与老化时间之间的关系不明确，但介电常数虚部的变化主要由源于极性基团的偶极子高弹态极化引起，表现出随老化时间增加而逐渐增大的趋势。经拟合发现介电常数虚部与羰基指数呈正相关关系，因此太赫兹频段介电常数虚部能够较好地反映XLPE试样的老化程度。

从附件硅橡胶材料的力学性能出发，对目前市面上某主流附件进行加速热老化试验，随后对附件硅橡胶的拉伸特性和热失重特性进行测试，并利用Arrhenius公式基于硅橡胶材料的断裂伸长保留率构建其寿命模型。结果表明：热老化试验后硅橡胶的力学性能下降，具体表现为弹性模量增大，拉伸强度和断裂伸长率降低。仅考虑硅橡胶材料的热老化时，电缆附件的理论运行寿命为13.0～44.5年。

为研究不同频率下电机绝缘结构的相对介电常数对电场分布的影响，本研究以一种主绝缘结构在不同频率下的相对介电常数为变量，计算其对槽内主绝缘夹层结构与槽口电场分布的影响，同时分析槽口电场的优化措施。结果表明：槽内主绝缘夹层结构中，由于薄膜的介电常数较低，其承受的电场比云母带大；槽口空气相对介电常数一定的情况下，随着主绝缘相对介电常数的降低，槽口空气场强略有下降。若槽口铁心棱边倒角处的小间隙存有绝缘漆，可起到降低空气场强的作用；否则，倒角产生的小间隙将产生更大的空气场强；槽口真空灌封能有效降低槽口空气场强。