本文分别介绍了直流电压下局部放电数值模拟的三电容模型、电导模型以及等离子体模型的建模方法和优缺点，梳理了近年来国内外学者运用这3种模型取得的研究成果。对近年来直流电压下局部放电测试方面的研究进行了归纳整理，总结了温度、绝缘材料、电压谐波、大气压以及绝缘缺陷等因素对直流电压下局部放电特性的影响。最后讨论了当前数值模拟方法研究中仍然存在的不足，展望了今后研究需要继续深入的方向。

高压交联聚乙烯电缆因缓冲层缺陷引发的故障频发，已严重威胁到电力系统的安全运行。本文首先介绍了缓冲层的基本结构和作用，并在此基础上梳理了目前国内外对于缓冲层失效的相关研究；其次从缓冲层的材料特征和内部结构等角度结合电场仿真来分析缺陷发生的主要原因；之后对缓冲层缺陷中出现的白色粉末绝缘性能和理化特征进行总结，并提出其形成机理；最后对缓冲层缺陷的检测手段进行汇总，提出使用计算机断层成像技术对电缆缓冲层缺陷进行检测以弥补现有检测手段的不足，并建议对铝护套及缓冲层的材料或结构进行优化，以预防缓冲层缺陷的生成。

目前有机薄膜电容器中的介质材料多为线性电介质，这类聚合物的介电常数通常较低，造成电容器储能密度普遍偏低，而新型高储能聚合物介质材料一般又存在介质损耗高的问题。聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）与高储能含氟聚合物的相容性较好，常被用来改善后者的力学和击穿性能，但市售的PMMA存在本征介质损耗过高的问题。为了降低PMMA的介质损耗，本文用甲基丙烯酸甲酯（MMA）与苯乙烯（St）合成MMA-St共聚物（MS），将不同比例的MS掺入本体聚合的PMMA中形成复合体系，并研究复合体系的介电特性、储能特性及绝缘特性。结果表明：该复合体系可以显著降低PMMA的介质损耗，相较于PMMA更适合作为高储能聚合物的改性材料。其中复合10% MS的介质膜在5 500 kV/cm电场下获得了5 J/cm³的放电能量密度，充放电效率达到83%。

为了应对高导热绝缘复合材料日益增长的需求，本研究以PET无纺布（NWF）为模板，经过聚多巴胺（PDA）改性和原位还原工艺得到银纳米粒子（AgNPs）修饰的NWF（AgNPs@NWF）。采用循环浸渍吸附-分层组装工艺，通过纳米纤维素的分散作用和界面结合作用将氮化硼纳米片（BNNS）分别吸附到NWF和AgNPs@NWF表面，构建连续的BNNS导热网络骨架（BNNS@NWF）和AgNPs/BNNS协同导热网络骨架（AgNPs/BNNS@NWF）。以BNNS@NWF为表面层，AgNPs/BNNS@NWF为中间层，热压制备了BNNS-AgNPs/BNNS-BNNS三明治结构导热复合薄膜，对复合薄膜进行微观结构表征并测试其导热性能、绝缘性能、力学性能以及实际热管理性能。结果表明：复合薄膜在形成 AgNPs/BNNS协同三维导热网络的同时也保证了绝缘性能。在BNNS和AgNPs的质量分数分别为34.8%和3.3%时，复合薄膜的面内导热系数达到7.56 W/(m·K)，体积电阻率达到3.54×10¹³ Ω·cm，同时具有良好的力学性能，实际应用场景的测试证明该复合薄膜具有良好的热管理性能。

高温硫化（HTV）硅橡胶的抗紫外老化性能较差，在紫外辐照后其憎水性逐渐丧失，拉伸强度降低，硬度增加明显。为了提升HTV硅橡胶的疏水性和抗紫外性能，本文通过分步嵌入固化的方式在HTV硅橡胶表面引入不同结构的长效性室温硫化（PRTV）硅橡胶和四针状氧化锌/纳米氧化锌（tZnO/nZnO）粒子，制备了不同形貌的疏水型抗紫外复合涂层，并通过老化试验、水接触角、表面硬度、力学性能等测试研究了该复合涂层的结构组成对HTV硅橡胶微观形貌和抗老化性能的影响。结果表明：在HTV硅橡胶表面引入PRTV硅橡胶后，其表面孔洞得以覆盖，憎水性增加，含水率和吸水率下降；引入的ZnO粒子大幅提升了硅橡胶材料的憎水性、抗紫外性和热稳定性；通过分步嵌入固化引入的PRTV硅橡胶-tZnO/nZnO复合涂层，可有效构建微纳级乳突结构和紫外屏蔽层，其对基体的憎水性和抗紫外老化性提升效果相比单一嵌入tZnO或nZnO粒子更加明显。

天然酯较矿物绝缘油具有燃点高、可降解性好并且能延缓绝缘纸热老化速率等优点，作为提升变压器寿命或短时过载能力的液体绝缘介质正受到广泛关注。本文选取我国食用油中占比较大的菜籽油作为基油制备天然酯绝缘液，通过试验比较不同含水量绝缘纸在菜籽油基天然酯和矿物油中的加速热老化特性，并研究了氧气对绝缘纸在两种不同绝缘液中的加速热老化特性的影响。结果表明：在相同温度下，含水量是影响绝缘纸热老化速率的主要因素，氧气会降低菜籽油基天然酯对低含水量绝缘纸热老化速率的抑制作用。结合绝缘纸在绝缘液热老化过程中比强度与聚合度的实测数据，导出得到考虑含水量和氧气影响的绝缘纸纤维素分解反应数学模型，应用该模型可以对绝缘纸在绝缘液中的热老化过程和寿命进行预测。

为了改善双马来酰亚胺（BMI）树脂的韧性、溶解性，提高BMI树脂在高频高速覆铜板领域的应用性，本文采用有机硅与D936型BMI树脂合成了一种有机硅改性双马来酰亚胺树脂（Si-D936）。采用红外、核磁、凝胶渗透色谱对Si-D936的特征结构和硅基-D936单体进行了表征，同时探究了不同硅含量对Si-D936溶解性能、耐热性能、力学性能以及10 GHz下介电性能的影响。结果表明：与改性前的D936相比，Si-D936在丁酮中的溶解性能得到明显改善，质量溶解度最高能达到30%（室温），但随着Si含量的增加，Si-D936的分子量增大，溶解性能略有下降；Si-D936固化后具有良好的热学性能，但随着Si含量增加，耐热性能和残碳率逐渐下降；有机硅改性可改善D936树脂的力学性能，其中Si-D936-1（D936与HMM的物质的量之比为3∶1）固化物的冲击强度和拉伸强度较D936分别提升了35%和24.6%，随着Si含量的进一步增加，改性树脂的交联程度受到影响，树脂的冲击强度、弯曲强度、拉伸强度下降；有机硅改性D936树脂后，改性树脂的介电性能得到改善，介质损耗因数从0.009 4减小到0.007 2（10 GHz）。

以端乙烯基硅油（1 000 mPa·s）和侧乙烯基硅油（500 mPa·s）复配为基体树脂，含氢硅油为固化剂，乙烯基硅烷偶联剂为增黏剂，乙烯基MQ树脂和气相白炭黑为补强材料，氢氧化镁和硅系阻燃剂（FCA-107）为阻燃填料，成功制备了一款具有无卤阻燃特性及优异力学性能和电气绝缘性能的有机硅灌封胶，并研究了硅油复配比例、各填料添加量对有机硅灌封胶性能的影响。结果表明：当端乙烯基硅油与侧乙烯基硅油的复配比例为5∶5，乙烯基硅烷偶联剂质量分数为3%，气相白炭黑质量分数为4%，乙烯基MQ树脂质量分数为30%，复配阻燃剂质量分数为20%时，有机硅灌封胶的综合性能达到最佳，其混合黏度为1 842 mPa·s，拉伸强度为2.83 MPa，断裂伸长率为51.3%，拉伸剪切强度为2.12 MPa，阻燃性能（UL 94）达到V-0级，电气强度达到24.3 kV/mm，体积电阻率为3.8×10¹⁵ Ω·cm，制备的有机硅灌封胶可以满足电子元器件的发展要求。

为探究现阶段配电电缆冷缩中间接头的受潮特性，本文首先制作了带接头的未受潮试样，通过加速受潮老化平台对试样进行受潮处理，然后采用极化/去极化电流（PDC）测试系统分别测试未受潮和受潮2、4、6、8周时中间接头的极化/去极化电流，最后计算其直流电导率，并使用支路辨识方法得到三条R-C支路的时间常数。结果表明：直流电导率在接头受潮到一定程度后才会发生变化，而第三支路时间常数随着受潮程度加重而不断减小，这是由于水分降低界面电荷迁移阻力，使得界面极化时间减小所致，因此第三支路时间常数可灵敏反映电缆中间接头的受潮程度，可作为判断电缆中间接头受潮程度的特征参数。

低频电缆作为柔性低频交流输电系统中的关键设备，其绝缘介质在低频电压下的特性对电缆的设计和运行具有重要意义。为了研究低频电压下交联聚乙烯（XLPE）电树枝的生长及局部放电特性，设计并搭建了不同频率下电树枝生长实时观测和局部放电同步测量系统，探究了XLPE试样分别在20、30、40、50 Hz频率下电树枝的引发、生长及局部放电特性。结果表明：电压频率对XLPE电树枝生长及局部放电特性的影响有明显规律性。在20～50 Hz范围内，随着频率的降低，XLPE的起树电压略有升高，但电树枝生长速度加快，损伤面积增加，局部放电量和放电次数增大，放电相位分布基本不变。

湿热环境下，含界面缺陷的复合绝缘子更易发生酥朽断裂、界面击穿等严重事故。目前湿热环境下含芯棒-护套界面缺陷复合绝缘子的界面老化机制尚未明确。本文对含有不同界面缺陷的复合绝缘子短样进行湿热老化，对比吸潮与干燥状态下各试样的温升与放电结果，然后通过解剖观察、微观形貌观察及表面元素与官能团变化分析，研究湿热环境对含界面缺陷复合绝缘子性能的影响。结果表明：绝缘子界面缺陷在湿热作用下会加速绝缘子的老化进程，扩大为界面失效，界面处局部放电与水分杂质的极化损耗会引发异常发热故障，其中金属缺陷引发的温升明显高于其他类型缺陷；随着界面缺陷逐步扩大，环氧树脂由界面向内部发生氧化分解，玻璃纤维大量裸露，进而发生劣化。

为解决天线内置型射频等离子体中无氧铜线圈的匝间绝缘问题，本文研究了一种能够在无氧铜表面烧制玻璃绝缘层的工艺，并详细研究该工艺中不同表面处理方式、粘结剂、烧制温度等因素对玻璃绝缘层性能的影响。结果表明：对无氧铜表面进行酸洗预处理相对于碱洗能够显著提高低温釉料在铜表面的润湿性，减少绝缘层表面“孔隙”的产生；同时添加适量的Na₂SiO₃·5H₂O粘结剂能够改善玻璃绝缘层与铜表面的界面结合效果，并提高玻璃绝缘层表面的硬度；此外，绝缘层表面硬度随着烧制温度的升高逐步提高，且绝缘层表面的“孔隙”数量逐步减少；最终根据该工艺制备了表面烧制玻璃绝缘层的无氧铜线圈天线，实现了长时间的放电维持，有效解决了放电过程中匝间的绝缘问题。

采用碳化硅（SiC）逆变器供电，虽然可以减小牵引变频电机体积、质量、温升，提高电机效率，但逆变器输出电压的高频、短上升时间等特性给牵引变频电机绝缘带来了挑战，尤其是匝间绝缘将会承受更高的电压负荷，导致绝缘过早失效。本文首先通过模拟SiC逆变器在最大开关频率及实际电缆线长度下高压变频牵引电机匝间绝缘所承受的电压波形，在不同电压参数（频率、电压峰峰值、上升时间）、不同温度、不同匝间绝缘层厚度（0.23 mm、0.30 mm）下对高压变频电机电磁线进行局部放电起始电压测试及耐电晕寿命测试，并根据牵引电机的实际运行工况和绝缘系统的电负荷失效机理，分析PDIV、局部放电特性及寿命的变化机理。PDIV测试结果表明：频率与上升时间的变化并不会对PDIV产生影响；温度升高，PDIV呈现下降趋势，但由于制作工艺问题，在部分温度下会出现上升趋势；厚度的增加对PDIV提升较大，在考虑成本及效率可控的前提下，提高厚度能有效提高变频电机匝间绝缘能力。耐电晕测试结果表明：温度与上升时间的变化会造成绝缘寿命发生较大改变；频率及电压峰峰值对绝缘寿命的影响呈非线性关系，可用反幂模型表达，并且在工业应用上针对频率对绝缘寿命的影响可直接通过比例关系进行折算。

交联聚乙烯（XLPE）在生产、敷设、运行过程中会受到多种因素影响，产生不同尺度的结构缺陷，进而影响XLPE的电气性能。本文对XLPE电力电缆中常见的分子缺陷、聚集态结构缺陷与宏观气隙缺陷进行了重构，并结合X射线衍射测试（XRD）与太赫兹时域光谱（THz-TDS）的透射和反射模块对3种尺度的缺陷进行表征。结果表明：太赫兹时域光谱的电压幅值、相位信息分别表现出关于极性分子与聚集态结构变化的敏感特性；通过太赫兹时域光谱透射与反射模块的联用技术，可精准识别并计算出内部气隙缺陷的位置及尺寸，实现对不同尺度缺陷的无损检测。

干式电抗器的稳定运行影响新型电力系统的输电可靠性。干式空心电抗器包封材料整体由浸有环氧树脂的玻璃纤维丝经高温固化而成。本文采用多物理场耦合有限元方法，考虑干式空心电抗器的包封材料热导率对其热点温升的影响，建立了环氧复合材料的COMSOL微观仿真模型和外电路约束下的干式空心电抗器电-磁、流-热耦合计算模型。将电磁场下的损耗作为热源计算温度场与流场分布，研究在25℃环境温度下常规/高导热环氧复合材料对干式空心电抗器热点温升的影响规律。结果表明：高导热环氧树脂对复合材料热导率的提升效果显著；包封材料本体及周围空气温度场区域中热点温升最大值为103.75℃，出现在内部第4层包封材料的上端处；不同热导率的复合材料对降低干式电抗器的热点温升有明显差异，其中干式电抗器在高导热环氧树脂复合材料下的热点温度降低了7.55℃。

油浸式系统中快速发展的放电故障具有产气量大、产气速率快等特点，以致于产生的特征气体来不及在油中溶解，绝大多数特征气体逸散至油面上进入瓦斯继电器，导致可用于变压器诊断及预警的大量有效气体无法及时达到溶解平衡，使得目前电力行业常用的油中溶解气体分析方法无法准确诊断故障。基于此，本文搭建油浸式绝缘系统快速发展放电故障下的油面气体产气规律研究试验平台，获取了油浸式绝缘系统在快速发展放电故障下的油面特征气体信息。结果表明：故障发生后的短时间内液相中特征气体浓度不会明显增加，而此时气相中存在大量特征气体；当系统中存在高能放电时，CO、CO₂、CH₄、H₂会在油面上大量汇集，这4种气体可作为高能放电故障表征依据；在此基础上，发生火花放电时，C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂也会在油面上汇集，可作为火花放电诊断辅助依据。

针对10 kV电缆常见的3种缺陷，本文建立了三维电缆缺陷模型并进行电磁-热耦合温度场分析，研究3种缺陷电缆的暂态温度模型，分析不同工作电流与不同敷设条件对3种缺陷电缆温度的影响。结果表明：缺陷对电缆的危害从大到小排序依次为金属尖端缺陷、气隙缺陷、划痕缺陷；在相同载流量的情况下，金属尖端缺陷处温度高于其他两种缺陷处温度；确定了电缆在出现缺陷时隧道敷设的散热效果最好；无缺陷试样电缆内部温度从线芯至外护套沿径向逐渐降低，在缺陷的作用下电缆内部温度场发生畸变；缺陷电缆线芯温度与外护套温度的拟合系数、电缆缺陷处温度与电缆线芯温度的拟合系数均接近1。仿真拟合结果为电缆缺陷的判断与识别提供了理论支撑。