在高压IGBT器件中，新兴的宽禁带半导体芯片逐渐代替了传统的硅基半导体芯片，其高功率密度特性会导致电力电子模块的工作温度急剧上升。硅凝胶作为高压IGBT器件的封装用绝缘材料，其绝缘性能面临高温和热老化的挑战。为了研究高温和热老化对硅凝胶材料热稳定性和绝缘性能的影响，本文基于硅凝胶材料的高温试验与热老化试验，测试了高温和长期热应力作用对硅凝胶材料介电性能、体积电导率和击穿强度的影响，对硅凝胶的高温特性和热老化特性进行分析。结果表明：随着温度的升高，硅凝胶的复介电常数实部降低、介质损耗增加、直流电导率升高、击穿强度降低；随着热老化时间的增加，硅凝胶的复介电常数实部增加、介质损耗先减小后增大、直流电导率先增大后减小、击穿强度降低。

随着海上风电的快速发展，高压XLPE海缆在海洋输电系统中承担着传输电能的重任。为了研究热氧老化对高压XLPE海缆频域介电特性的影响，本文在135℃下对XLPE试样进行加速老化试验，分别对不同老化程度的高压海缆XLPE试样进行频域介电特性测试。在分析实测试样介电特性时，发现有大量电导损耗和极化损耗相互叠加于中低频域内，影响了应用频域介电特性评估高压XLPE海缆绝缘老化状态的准确性。针对这一问题，本文推导出分离介电响应数据中电导损耗和极化损耗的方法。最后探究电导损耗对模型参数辨识精度的影响，并提出表征老化程度的特征参数。结果表明：高压XLPE海缆的频域介电曲线随着老化程度加深而向高频方向移动，且低频段内弥散现象越发明显；将复介电常数虚部中的电导损耗去除后能够提高Havriliak-Negami（H-N）模型参数辨识的精度；提取的特征参数弛豫强度∆ε和高频介电常数ε_∞能够表征高压海缆XLPE绝缘的老化状态，可实现高压XLPE海缆绝缘老化的评估。

风电扭转电缆绝缘用乙丙橡胶需要同时具备较高的电气性能和机械强度，以满足其严苛的工况要求。本文制备了不同形貌纳米氧化锌掺杂的乙丙橡胶样品，研究纳米氧化锌形貌对乙丙橡胶力学性能、电学性能和导热性能的影响。结果表明：纳米氧化锌的比表面积越大，乙丙橡胶的交联密度越大，但结晶度基本不发生变化；在力学性能方面，大比表面积纳米氧化锌导致的过度交联会稍微降低乙丙橡胶的断裂伸长率和拉伸强度；在电学性能方面，纳米氧化锌比表面积对乙丙橡胶的电阻率、介质损耗和室温电气强度影响不大，但介电常数和90℃电气强度随纳米氧化锌比表面积的增加而稍有提升；纳米氧化锌对乙丙橡胶的导热性能调控没有明显规律。

碳化硅（SiC）功率器件高功率密度化的发展趋势和航空领域的应用需求，对封装用有机硅灌封胶材料的耐高低温性能提出更高的要求。本文以SEMICOSIL 915HT、Duraseal 1533、R-2188 3种型号商用有机硅灌封胶材料为研究对象，比较三者的耐温性能。结果表明：灌封胶材料热降解过程中甲基氧化阶段的反应与灌封胶材料热氧老化过程的前期反应相同。R-2188的灌封胶材料具有较高的甲基氧化反应活化能（249.5 kJ/mol）、335℃的起始热分解温度和在甲基氧化阶段较低的质量损失（5%），更适用于高温运行条件下SiC功率器件的封装。SEMICOSIL 915HT具有-81.1℃的结晶起始温度和0.006 4 min^-1的结晶速率，更适用于低温运行条件下SiC功率器件的封装。

柔性低频输电系统在提升输电容量、减小线路充电无功、改善输电通道末端电压质量等方面具有优越性，可以有效满足中、远距离海上风电高效汇集送出等迫切需求。为研究海底电缆在低频条件下的运行特性，本文搭建了考虑外界敷设环境影响下的220 kV交联聚乙烯电-磁-热-流多物理场耦合有限元仿真模型，分析了不同敷设段中50 Hz和20 Hz频率下运行的海底电缆稳态载流量和温度场分布情况，并基于IEC 60287:1995建立的海底电缆稳态热路模型和低频海缆发热仿真的典型案例，对有限元仿真进行验证。结果表明：在陆地段、入海段和海底段等不同敷设环境下，仿真模型的载流量和温度场分布计算结果与IEC解析公式的相对误差都在3%以内，表明本文提出的220 kV交联电缆温度场仿真模型具有较好的准确性和有效性；频率降低可以减小线芯交流电阻值、改善电缆导体中的电流分布、减小电缆各部分的运行损耗，从而降低电缆的整体运行温度，有利提升电缆的传输容量。

基于单一检测手段的变压器故障诊断方法难以对油纸绝缘的同一类型缺陷进行细化识别，无法满足深远海风电快速发展背景下电力系统对设备运行可靠性的要求。因此，本文提出了一种基于局部放电相位（PRPD）图谱和油中溶解气体分析（DGA）信息融合的油纸绝缘缺陷识别方法，设计并制作了6种电极模型，模拟变压器中不同电场不均匀系数的沿面放电典型缺陷，并采集其PRPD及DGA数据；分别采用卷积神经网络（CNN）和反向传播神经网络（BPNN）对6类缺陷的PRPD图谱和DGA特征向量进行模式识别；提出基于D-S证据理论的CNN-BPNN信息融合模型，实现基于PRPD图谱与DGA数据的联合诊断。结果表明：基于D-S证据理论的CNN-BPNN模型可有效纠正单一判据模型的错误输出，并降低分类结果的不确定度，当PRPD图谱输入维度为8×8、16×16、32×32时，融入DGA特征向量的模型识别准确率分别为93.21%、97.53%、99.17%，较PRPD图谱单一判据模型的识别准确率分别提升了4.81%、2.78%、0.84%，该模型可有效融合局部放电的电气物理信息和化学产物信息，既提高了缺陷识别准确率，又增强了输出结果的置信程度，且降低了数据存储要求，可为变压器智能运维提供精确、可靠、轻量的缺陷识别方法。

以基于天然气制油技术的异构非环烷基变压器油和传统的环烷基变压器油作为研究对象，在正极性雷电冲击电压下对25 mm针-板电极结构中的油中流注分叉形态进行了观测。对获取的流注放电图像进行多重分形分析，求取多重分形参量作为流注分叉模式的分类评价指标。结果表明：当外加电压低于加速电压时，两种油样中流注分叉过程均可归为侧枝和主枝平稳增长分别占主导的两阶段模型；当外加电压高于加速电压时，环烷基油中流注分叉过程为侧枝平稳增长、主枝平稳增长和跃迁式增长分别占主导的三阶段模型，而气制油中流注分叉过程只包含主枝平稳增长和跃迁式增长两个阶段。进一步的理论分析表明，气制油成分较高的电离能导致空间电荷与原生电场的博弈效应减弱是造成其在加速电压下流注分叉模型发生突变的主要原因。

天然酯绝缘油变压器具有绿色环保、过载能力强等优势，是高压大容量电力变压器的重要发展方向，其中绝缘油与绝缘漆材料的相容性对变压器设计与运维具有重要影响。本文对天然酯绝缘油-绝缘漆材料开展热老化试验，研究天然酯绝缘油与6种电力变压器常用绝缘漆的相容性，观察并分析热老化前后天然酯绝缘油的运动黏度、水分含量、酸值、介质损耗、击穿电压以及气相色谱等特性的变化。结果表明：热老化后绝缘漆片的结构完整性和功能稳定性保持良好；除运动黏度外，热老化后天然酯绝缘油的理化与电气特性均有所改变，但未出现明显劣化；油中溶解气体含量在热老化后增加明显，气相色谱结果显示油-漆的相容性良好。

芳纶纤维增强型复合材料在电气绝缘领域应用前景广阔，但芳纶纤维和树脂相容性差，制约了产品性能。为改善界面性能，采用等离子体刻蚀法和等离子体接枝法改性芳纶表面，研究两种方法对芳纶纤维本体、芳纶纤维/环氧复合材料界面性能和其NOL环力学性能的影响。结果表明：两种方法都提升了芳纶纤维/环氧复合材料界面剪切强度。等离子体刻蚀法降低了NOL环拉伸强度，而等离子体接枝法提升了拉伸强度。与改性前相比，采用90 W空气常压介质阻挡放电等离子体处理、1% 2,4-甲苯二异氰酸酯接枝后，芳纶纤维/环氧复合材料界面剪切强度由31.7 MPa提升至36.4 MPa，拉伸破坏载荷由23.6 kN提升至25.1 kN，拉伸强度修正系数从62.8%提升至72.1%，芳纶纤维的力学性能得到更加充分的利用。

硅橡胶复合绝缘子在高湿环境中长期运行后表面会发生粉化现象。为研究水分侵入对已自然老化的硅橡胶性能的影响，本文以在南方沿海某地运行超10年的复合绝缘子伞裙为研究对象，对去除粉化层的硅橡胶样品开展去离子水浸泡试验，研究水分侵入样品后硅橡胶的质量和理化特性的变化，探讨水分侵入对硅橡胶二次粉化现象的影响。结果表明：去除粉化层后的硅橡胶伞裙样品在去离子水浸泡后可产生新的粉化层，其微观形貌和理化特性与自然形成的粉化层相似；通过改变试验的水温，明确了水分是已老化硅橡胶表面再次发生粉化现象的主要因素，且高温可加速粉化层的产生。

由于电缆接头界面易产生沿面放电，进而引发绝缘故障，使其成为电力电缆系统中最为薄弱的环节。本文研究了不同界面粗糙度、压强及温度对硅橡胶/聚乙烯双层介质界面交流击穿电压的影响，并对击穿后的界面放电通道进行分析。结果表明：常温下界面击穿电压与界面粗糙度有关，界面光滑程度越高，界面击穿电压越高，且界面碳化区域越小。界面压强越大，界面击穿电压越高，而界面碳化区域呈先增大后减小的趋势。随着温度升高，界面击穿电压呈下降趋势，但高温下的击穿电压并未显著下降。此外，界面碳化区域随温度的升高呈先增大后减小的趋势，不同温度下界面接触状态变化是影响其特性的主要原因。电缆附件界面状态对界面击穿特性有着重要影响，故在电缆使用和维护的过程中应特别注意。

本文制备了改性纳米氧化铝掺杂质量分数分别为0%、1%、10%的环氧复合绝缘材料，对其在150℃下开展了热老化试验，并通过动态机械（DMA）测试、扫描电子显微镜（SEM）测试和线性热膨胀测试研究其热老化特性及机理。结果表明：环氧复合绝缘材料在热老化过程中形成了不均匀的老化结构，且表面老化层厚度与纳米氧化铝的含量有关。当纳米氧化铝掺杂质量分数为1%时，试样的表面老化层厚度最小，此时纳米颗粒分散性良好且紧密地镶嵌在环氧基体中。结合玻璃化转变的自由体积理论，计算发现纳米氧化铝掺杂质量分数为1%时，试样的自由体积分数最小，且对应的环氧基体α主松弛时间最长，分子链活动性最低。在环氧树脂中加入适量改性纳米氧化铝可以提高分子链的交联程度，降低体系的自由体积，进而削弱氧气在材料内部的扩散能力，最终降低环氧复合绝缘材料的不均匀热老化程度。

在长期运行过程中，由于海上风电变压器油老化时易产生水分等杂质，引起变压器绝缘失效故障，从而造成经济损失和安全事故，亟需有效的变压器油滤油和判断方法，以改善变压器油性能与评估变压器油老化状态。本文通过对滤油薄膜进行超疏水改性，探究了滤油次数、薄膜种类和超疏水改性等对变压器油过滤前后性能的影响；通过支持向量机算法，构建了变压器油健康分类模型；提出了一种基于机器学习的超疏水薄膜滤油效果判断方法，对超疏水薄膜滤油效果进行评估。结果表明：经超疏水处理后薄膜的滤油性能得到大幅提升，经3次改性有机膜过滤后，变压器油的综合性能显著提升，符合变压器油的适用标准。对比多个算法发现，利用支持向量机算法构建的模型对变压器油健康分类的精确度最高，达到84.8%。

为得到新型环保气体HFO-1336mzz(E)应用于气体绝缘输电线路（GIL）中的温升特性，本文基于有限元方法建立磁场-传热场-流体场多物理耦合模型，仿真分析额定工况下GIL内部温度场分布，并研究缓冲气体类型、填充气压、混合比和运行电流对GIL温升的影响。结果表明：额定工况下GIL内部的温度场呈现上高下低的温度梯度分布规律，其中A相导体的温升比B相导体的温升高0.70℃，接地外壳的温升最小。在相同条件下，HFO-1336mzz(E)/CO₂混合气体中导体的温升仅比HFO-1336mzz(E)/N₂混合气体中的温升低0.38℃，考虑到HFO-1336mzz(E)气体分解后固体析出物的影响，选择CO₂作为缓冲气体比N₂更为合适。提高填充气压和混合比均能降低导体的温升，填充0.70 MPa的10%HFO-1336mzz(E)/90%CO₂混合气体导体的温升仅比填充0.50 MPa纯SF₆的温升高5.02℃。GIL导体和接地外壳的温升均随着运行电流的增大而增大，并且填充气压对GIL载流能力的影响大于混合比的影响，当运行电流超过3.0 kA时，GIL的温升会超过温升限定值。

海上送电线路中不同段敷设方式的差异性会对海缆载流量造成较大影响，因此从送电区段角度出发研究段内典型敷设方式下的载流量具有重要意义。本文建立了±160 kV直流输电工程送出海缆线路中登陆段、海底段的海缆电-热-流耦合模型，基于有限元用控制变量法研究了登陆段中海缆敷设于电缆沟底部和角钢支架、海底段中铺设和直埋4种典型敷设方式下的空气域尺寸、角钢支架放置位置、海水温度和流速及土壤温度对海缆稳态载流量的影响。结果表明：海缆敷设于电缆沟底部时受空气域尺寸的影响较大，增大对流散热面积可有效提高海缆稳态载流量；计算敷设于角钢支架上的海缆载流量要考虑到支架与沟内壁形成的半封闭区域，埋设于深度浅的支架时海缆的温度更低，载流量更大；在海底段，铺设时海缆温度跟随海水温度的升降发生同向变化，与海水流速增减趋势相反；土壤温度的升高造成埋设海缆载流量降低；登陆段为载流量计算的瓶颈段，电缆沟底部敷设可采用充水电缆沟有效提升载流量；敷设在支架上时加装冷却水管可使其载流量达到工程要求。

环氧浸渍纸材料是阀侧套管的主绝缘材料之一，其运行性能受固化工艺的影响。为探究固化温度对环氧浸渍纸材料电气性能的影响规律，在后固化温度分别为120、130、140、145℃下制备了环氧浸渍纸材料，并对其玻璃化转变温度、介电特性、直流击穿强度等性能进行测试。结果表明：随着后固化温度的升高，环氧浸渍纸材料的玻璃化转变温度提升，直流击穿强度先增大后减小，而介质损耗因数呈现先减小后增大的趋势。分析认为富含羟基皱纹纸的加入会增大环氧浸渍纸材料内部界面区域的固化速率，导致界面弛豫峰的频率呈先下降后升高的趋势，从而影响材料整体的绝缘性能。

在球-球和尖-板电极下测量了新型环保绝缘混合气体CF₃SO₂F/N₂和CF₃SO₂F/CO₂的工频击穿电压，分析了气压、电极间距和电场不均匀度等因素对混合气体工频击穿特性的影响，并与SF₆进行了对比。结果表明：稍不均匀电场下CF₃SO₂F混合气体的工频击穿电压与气压为正向线性关系，随间距增长击穿电压出现微弱的饱和趋势。极不均匀电场下CF₃SO₂F混合气体的工频击穿电压随气压变化呈现“上升-下降-上升”的“驼峰”曲线，“驼峰”峰值对应的气压值在0.2～0.35 MPa之间。其中CF₃SO₂F/N₂混合气体的工频击穿电压整体大于CF₃SO₂F/CO₂混合气体。在0.3 MPa及以上，CF₃SO₂F/N₂混合气体在极不均匀电场下仍可保持较高的相对SF₆绝缘水平，具备良好的应用潜力。