为了研究有机填料和无机填料的共同作用对绝缘纸性能的影响，利用纳米原纤化纤维素包覆经盐酸多巴胺表面处理后的纳米二氧化钛（TiO₂），得到多元共混填料（PDA-TiO₂@NFC），然后将多元共混填料填充到纤维素绝缘纸中，制备了不同多元共混填料浓度改性的三明治结构绝缘纸，探究了多元共混填料改性绝缘纸的最佳浓度，分析了不同多元共混填料浓度改性绝缘纸的抗张强度、直流体积电阻率、击穿特性和空间电荷。结果表明：当多元共混填料浓度为0.5%时，改性绝缘纸的抗张强度相对于未改性绝缘纸提升了17.90%，油浸纸的交、直流击穿强度均提升了17%以上，并且能有效抑制空间电荷的注入，对直流体积电导率的影响不甚明显。利用此种方法制备的三明治结构绝缘纸，力学性能和电气强度提升效果显著，为协同提升绝缘纸的各项性能提供了参考。

采用纳米粒子改性、逐步分散的方法解决漆包线漆中纳米粒子团聚的难题。分别用乳化剂OP-10、硅烷偶联剂AP1231、硅烷偶联剂A112、γ-丙基三甲氧基硅烷（KH-560）和N-[3-(三甲氧基硅基)丙基]乙二胺（KH-792）5种改性剂对纳米SiO₂粒子表面进行改性，研究改性剂种类、改性剂用量、改性温度及改性时间对纳米SiO₂粒子改性效果的影响，通过耐电晕性能测试对比了改性前后的纳米SiO₂粒子对耐电晕漆包线漆性能的影响，并用透射电子显微镜（TEM）观察改性前后纳米SiO₂粒子的分散状况。结果表明：经KH-560改性后的纳米SiO₂在漆包线漆中分散性最好，其最佳工艺条件为：KH-560质量分数为1.5%，改性温度为90℃，改性时间为4 h。将改性后的纳米SiO₂逐步均匀分散到漆包线漆中，可以得到高稳定性、耐电晕时间＞50 h的漆包线漆，适宜的纳米SiO₂添加量为13.5%。

为探究玻纤结构对绝缘槽楔力学性能和阻燃性的影响，以阻燃树脂和玻璃纤维、玻璃纤维布为原料，制备了单向玻璃纤维增强槽楔、玻璃布层压板槽楔和卷包玻璃布增强槽楔，并对3种槽楔进行纵向冲击试验、宽度方向弯曲试验和燃烧试验。结果表明：在截面尺寸和玻纤含量相同的条件下，槽楔抗纵向冲击能力由强至弱为卷包玻璃布增强槽楔、玻璃布层压板槽楔、单向玻纤增强槽楔，槽楔宽度方向承受弯曲载荷时产生的弹性形变由大至小为卷包玻璃布增强槽楔、玻璃布层压板槽楔、单向玻纤增强槽楔，槽楔阻燃性由强至弱为卷包玻璃布增强槽楔、玻璃布层压板槽楔、单向玻纤增强槽楔。3种槽楔的阻燃性都随玻纤含量的增加而下降，当玻纤含量从约50%增加到70%时，单向玻纤增强槽楔的总余焰时间增加了约51.7%，玻璃布层压板槽楔的总余焰时间增加了约31.8%，卷包玻璃布增强槽楔的总余焰时间增加了约46.3%。

制备了以芳纶纳米纤维为基本结构单元的新型绝缘纸，系统研究了其在天然酯绝缘油及矿物绝缘油中的老化特性，并与商用Nomex T410绝缘纸进行对比分析。结果表明：芳纶纳米纤维基绝缘纸具有更好的热稳定性和耐老化特性，经相同条件的加速热老化实验后，芳纶纳米纤维基绝缘纸的力学性能以及电气特性均优于Nomex T410绝缘纸；由天然酯绝缘油与芳纶纳米纤维基绝缘纸配合形成的新型油纸绝缘系统，可有效延长变压器的寿命，为绿色低碳电工能源装备的绝缘设计及开发提供了参考。

高压交联聚乙烯（XLPE）直流电缆在工作状态下，会受到电力系统中由投切等操作引起的操作冲击电压的破坏，导致绝缘受到影响，而目前缺乏多次冲击累积效应引起空间电荷累积导致电缆绝缘劣化的相关研究。本文基于实验室已有的直流叠加冲击电压下的PEA法空间电荷测量系统，分别测量了直流电压、冲击电压、直流叠加冲击电压作用下XLPE电缆绝缘中的空间电荷特性。结果表明：正直流电压下XLPE体内以异极性电荷为主，负直流电压下SC电极上出现同极性负电荷的注入；连续的高幅值冲击电压作用会导致双电极上大量的同极性电荷注入，且负极性冲击下电荷注入量略多；当直流叠加冲击电压时，同极性叠加方式比异极性叠加方式更能促进双电极上同极性电荷的注入，而且冲击电压作用时间越长，XLPE试样内部积聚的电荷量越多。

空间电荷累积容易引起交联聚乙烯绝缘内部电场畸变，从而导致绝缘老化甚至失效，而纳米掺杂或改性可以抑制空间电荷的累积，因此得到了广泛的关注。本文测量了二氧化硅和氧化镁纳米填料掺杂交联聚乙烯复合材料的空间电荷特性和电导特性，并结合带隙理论模型分析纳米填料的作用机制。结果表明：相比于二氧化硅掺杂的交联聚乙烯复合材料，氧化镁掺杂的交联聚乙烯复合材料具有较高的介电常数、较低的空间电荷积聚程度和较小的电导率。

为了缓解土地紧张地区土地供应紧张与输电线路征地间的矛盾，本文开发了一种全新结构型式的复合材料绝缘杆塔，其外形像一枚火箭，导线从绝缘的复合材料火箭塔内部穿过，最大程度地压缩线路走廊，并对110 kV复合材料火箭塔的电气性能进行系统研究。结果表明：110 kV复合材料火箭塔的干雷电冲击电压为979 kV，湿操作冲击电压为576 kV，1 min湿工频耐受闪络电压平均值为282 kV，在盐密度为0.20 mg/cm²、灰密度为1.00 mg/cm²的污秽度下，工频污秽闪络电压为106.2 kV；相比传统110 kV悬式复合绝缘子铁塔，110 kV复合材料火箭塔的雷电冲击电压值提升了78%，湿操作冲击电压值提升了34%，1 min湿工频耐受闪络电压值提升了22.6%，污秽闪络电压值相当，且大幅压缩了线路走廊，其最小线路走廊宽度为1.8 m，远低于110 kV铁塔5.5～7.5 m的走廊宽度。

针对电力电缆的局部缺陷定位问题，提出一种基于S变换与时频域反射（time-frequency domain reflectometry，TFDR）的电缆缺陷定位方法。在分析传统电缆缺陷定位方法原理的基础上，利用S变换求取TFDR测试波形的时频分布，并计算时频分布的时频互相关函数，再通过时频互相关函数曲线的局部峰值对电缆局部缺陷的位置进行判断。结果表明：相比于传统的TFDR方法，本文方法的时频分布不存在交叉项干扰，从而消除了时频互相关函数曲线中干扰的局部峰值，且电缆缺陷定位结果的可靠性较高，局部缺陷的检测盲区较小。最后对10 kV交联聚乙烯（XLPE）电缆进行仿真和实测分析，结果显示本文方法可以有效定位电缆的局部缺陷，并且缺陷定位的绝对误差较小。

受潮状态下油纸绝缘的等效扩展Debye模型不再具有线性特性，使得基于时频转换的油纸绝缘状态评估方法存在一定误差。本文综合时域与频域介电谱的优点，在获取时-频域介电响应参数的基础上使用灰色关联算法构建油纸绝缘受潮状态评估模型。首先制备不同含水量的油纸绝缘样品，分析了受潮和温度对极化去极化电流（polarization and depolarization current，PDC）以及频域介电谱（frequency domain spectroscopy，FDS）曲线的影响，进一步提取不同受潮状态下PDC和FDS曲线的特征参数。在此基础上，采用灰色关联算法整合油纸绝缘时频域介电特征量得到其规范化后的参考向量。最后，分别通过实验室样品数据和现场变压器数据验证了评估模型的准确性，为变压器早期故障预警与诊断提供了新方法。

局部放电试验作为交流系统中缺陷检测的有效手段得到了广泛使用，但是直流电缆的直流局放检测试验方法还处于初级阶段。为了确定直流局部放电检测的现场试验电压，本文研究了直流试验电压幅值与±320 kV电缆预制式终端气隙缺陷检出率之间的关系。将±320 kV电缆预制式终端复合界面上的气隙缺陷作为研究对象，通过多物理场仿真计算气隙缺陷内的最大电场强度，以电场强度超过阈值来判断该缺陷是否可能发生局部放电；基于概率统计分析，建立了考虑电缆运行温度和气隙位置等随机因素条件下电缆接头的局部放电概率密度函数，给出了缺陷检出率与环境温度和直流试验电压的函数关系式。结果表明：电缆界面的气隙缺陷检出率与环境温度和直流局放试验电压的函数关系式符合4次方幂函数关系式，且检出率水平随环境温度的升高而升高；若直流试验电压取1.85U₀，20℃时的检出率为99.25%，30℃时的检出率可达99.85%。据此函数关系式可以确定直流试验电压幅值。

电树枝在XLPE电缆故障中是一种常见现象，在电缆运行过程中可能会存在电压的波动，然而鲜有报道电树枝起树后电压幅值对其生长形貌和局部放电特性的影响。本文研究了电树枝起树后不同电压幅值下电树枝生长形貌和局部放电特性的差异。结果表明：施加电压越高，电树枝的形貌趋向发展为丛状电树枝，施加电压越低，电树枝的形貌趋向发展为枝状电树枝或单枝状电树枝；在较高电压下的最大局部放电强度试验可用于预测击穿故障，而在较低电压下很难通过局部放电强度预测电树枝的生长；电树枝的放电间隔Δt最大值随着加压时间的增加而变长，放电的间歇性也更加明显，电树枝放电间隔与电树枝的生长联系紧密，当电树枝生长停滞时才有概率出现局部放电的间歇性，电树枝处于生长时局部放电几乎不会停滞。

本文研究了单极性冲击电压（250/2 500 μs）作用下高压电缆附件与电缆本体界面处涂覆硅脂引发的硅橡胶（SiR）溶胀效应对其电树枝特性的影响，并分别采用等温表面电位衰减与平衡溶胀法表征了溶胀效应对SiR陷阱特性与交联结构的影响。结果表明：随着溶胀时间的增加，SiR电树枝起始概率与分形维数均增大，溶胀340 h后，正、负极性冲击电压下50%概率起树电压分别由约37 kV和约-41 kV降至32 kV和约-39 kV。此外，冲击电压下SiR电树枝存在极性效应，相比于负极性，正极性冲击电压下电树枝更容易进行引发和生长。随着溶胀时间的增加，SiR中空穴型与电子型陷阱均表现为浅陷阱密度增大，深陷阱密度降低，物理交联密度减小。SiR物理交联结构的破坏导致其自由体积增大，碰撞电离过程加剧，同时深陷阱密度降低使得电荷输运过程增强，多个物理过程加剧了分子链段的断裂程度，进而导致SiR的耐电树枝特性降低。冲击电压下SiR电树枝的极性效应是由于空穴型与电子型陷阱的分布差异导致的。

变压器用环境友好绝缘液的应用近年得到了快速发展，天然酯、合成酯和改性酯等绝缘液成为变压器新型绝缘材料研究的热点。随着其在110 kV及以上变压器中的推广应用，矿物油填充变压器的溶解气体分析（DGA）故障诊断方法对酯类绝缘液填充变压器不再适用，亟需针对酯类绝缘液提出新的故障分析与诊断的方法。本文将设计的考虑铜油温差的热故障模拟系统用于低温热故障试验，以大豆基天然酯、菜籽基天然酯、山茶籽基天然酯、合成酯和棕榈基改性酯5种绝缘液为研究对象，对比分析了其在200℃和300℃低温热故障时纯绝缘液和绝缘液浸渍纤维素纸绝缘系统下的油中溶解气体实验结果，并讨论了IEC三比值法和Duval五边形法两种判据方法的适用性。结果表明：IEC三比值法仍适用于天然酯、合成酯的200℃和300℃低温热故障判定；Duval五边形法能够用于天然酯的低温热故障判定，经修正调整可对合成酯进行判定，但是改性酯的DGA判定结果与矿物油、天然酯判据规律不一致，基于矿物油的Duval五边形法不适用于棕榈基改性酯的低温热故障判定。

电缆熔融接头相较于传统电缆接头无需应力锥、无活动界面的优点在新电缆投运项目以及旧电缆改造维修项目中更有前景，为了对熔融接头在电网运行中的性能进行评估，通过对熔融接头在电网运行下的电-热-力耦合仿真，改变熔融接头、运行电流有效值、考虑短时过载以及绝缘层的材料参数等，研究电缆接头的应力分布和温度分布。结果表明：当电缆熔融接头新、旧绝缘层的材料参数差异增大时会使旧绝缘层与新绝缘层的界面处应力分布不均匀；运行电流有效值的增加则既会提高熔融接头整体温度，又会提高绝缘层应力；短时过载运行1 h的径向应力约为稳态运行时的4倍，轴向应力约为稳态运行时的3倍，线芯温度高出约80 K。

为了研究电缆终端硅橡胶/交联聚乙烯（SR/XLPE）复合界面典型缺陷对电场、温度场以及应力场分布的影响，采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立了10 kV电缆终端仿真模型，对复合界面存在金属微粒、半导电微粒以及划痕缺陷时的电-热-力场分布情况进行仿真。结果表明：电缆终端复合界面存在金属微粒或半导电微粒时，界面缺陷区域的电场、温度场以及应力场存在不同程度的畸变，金属微粒对界面各物理场分布的影响更加明显。对于外半导电层截断处因交联聚乙烯划伤导致气隙缺陷的情况，发现界面气隙缺陷处电场发生畸变进而产生局部热点。界面涂覆硅脂对划痕处电场和温度场的畸变具有明显的改善作用，但划痕区域由于硅脂的填入导致应力分布不均匀，应力呈现两端高中间低的分布规律。

传统铁横担上使用的绝缘子雷电冲击50%击穿电压（U_50%）比较低，存在绝缘导线雷击断线的情况。因此，绝缘性能好、强度高、质量轻的复合绝缘横担开始受到人们的广泛关注，有利于提高配电网的耐雷水平。为了进一步研究复合绝缘横担的防雷性能，本文在不同海拔地区开展雷电冲击闪络试验，得到了10 kV复合绝缘横担的U_50%和伏秒特性曲线。并在试验的基础上，利用电磁暂态程序（ATP-EMTP）建立了10 kV线路雷击仿真模型，分析计算复合绝缘横担的耐雷水平。结果表明：在海拔为22 m地区，复合绝缘横担的正、负极性U_50%分别为415.43 kV和589.14 kV，而针式绝缘子的正、负极性U_50%分别为151.05 kV和200.77 kV。在海拔为2 100 m地区，复合绝缘横担的耐雷水平降低了20%左右，但仍远高于针式绝缘子。因此，复合绝缘横担展现出优异的防雷性能，具有广阔的应用前景。

随着生态环境的变好，由鸟类引发的输电线路故障也随之增多。其中，由于鸟粪引起的架空输电线路跳闸事故已经成为威胁电网安全运行的重要因素。基于此，本文通过试验探究了绝缘护套厚度和长度分别对击穿电压和沿面闪络电压的影响，进而提出防鸟粪绝缘护套长度和厚度的配置方法，并搭建模拟鸟粪闪络的110 kV真型试验平台，验证配置方法的可行性。结果表明：当鸟粪贯穿整个空气间隙时，绝缘护套的击穿电压与其厚度呈二次函数的关系，沿面闪络电压与闪络距离呈正比关系。本文提出的配置方法可以为实际工程中绝缘护套的应用提供指导，具有一定的工程实用价值。