植物绝缘油因其绿色可再生的特点以及优异的防火性能获得了广泛的关注，而纳米粒子可以有效提升植物绝缘油的电气性能。本文从介质损耗因数、体积电阻率等方面总结了纳米粒子对植物绝缘油电气特性的影响，并讨论了纳米粒子种类、浓度、表面改性对植物绝缘油击穿性能的影响。结合纳米改性对矿物绝缘油与植物绝缘油电气特性的作用效果差异，总结归纳了当前纳米改性植物绝缘油的研究难点，并展望了纳米改性植物绝缘油的研究方向与前景。

热固性环氧树脂因具有优异的导热性能与绝缘性能在电工装备领域得到广泛应用，由于其具有稳定的三维网络结构和不溶性，回收再利用存在挑战性。本文将不同质量分数的氮化硼（BN）加入到环氧（EP）/4-甲基六氢苯酐降解体系中，制备出高导热、高绝缘、可降解型BN/EP复合材料，并对BN/EP复合材料的导热性能、介电性能以及可降解性能进行研究。结果表明：以2,4,6-三（二甲氨基甲基）苯酚作为催化剂，在乙二醇作用下该BN/EP复合材料可在200℃下实现常压降解。BN质量分数为15%的BN/EP复合材料热导率为0.335 W/(m·K)，比纯EP树脂提高了34%；交流电气强度为101.7 kV/mm，比纯EP树脂提高了13%。BN/EP复合材料可经酯交换降解得到EP降解产物（EDP），与EDP复合后，BN/EP复合材料的导热性能和电气强度基本保持不变。

选用芳纶纳米纤维（ANF）作为耐高温基体，并填充钛酸钡纳米纤维（BTNF）制备ANF/BTNF纸基复合薄膜，研究不同BTNF填充量对复合薄膜介电性能的影响。结果表明：ANF/BTNF复合薄膜的厚度约为10 μm。当BTNF质量分数为0～20%时，随着BTNF填充量的增加，复合薄膜的介电常数和电气强度均提升。当BTNF的质量分数增大到40%时，复合薄膜的介电常数显著提升，但是在高频区快速降低，介质损耗因数显著增大，同时复合薄膜的电气强度略微下降。因此，BTNF质量分数为20%的ANF/20BTNF复合薄膜综合介电性能最佳，在1 kHz时介电常数达到4.78，电气强度为8.90 kV/mm。

针对常规片状氮化硼比表面积大，与环氧树脂复合时会急剧增大树脂黏度的问题，本研究制备了球形氮化硼，并将其作为填料与环氧树脂复合制备了球形氮化硼/环氧复合材料。研究了球形氮化硼/环氧复合材料的制备工艺和固化特性，对比研究了片状/球形氮化硼填料的形貌和填充量对环氧树脂复合材料力学性能和电学性能的影响规律。结果表明：随着反应温度升高，环氧树脂的固化度呈现“S”型曲线变化，整个固化过程可大致分为“慢-快-慢”3个阶段。力学性能方面，加入少量氮化硼可以提高环氧树脂复合材料的力学性能；高填充量时，球形氮化硼/环氧复合材料比片状氮化硼/环氧复合材料具有更优异的力学性能。电气性能方面，环氧树脂复合材料的相对介电常数随填料含量的增加而增大，介质损耗因数均低于0.02；与片状氮化硼/环氧复合材料相比，球形氮化硼/环氧复合材料的“填料-树脂”界面减少，具有更低的相对介电常数和介质损耗因数；添加适量的氮化硼能够显著提高复合材料的体积电阻率和电气强度。

在“双碳”发展战略目标的背景下，为探索绿色环保型生物基环氧树脂在电工设备上的应用前景，本文以可再生资源松香为原料，制备了一种生物基树脂——马来海松基环氧树脂（MPAER）。以甲基六氢邻苯二甲酸酐（MHHPA）为固化剂，对MPAER/MHHPA体系的固化特性、热性能、力学性能和电气性能进行了系统研究，并和商用双酚A二缩水甘油醚（DGEBA）组成的DGEBA/MHHPA体系进行对比。结果表明：MPAER/MHHPA和DGEBA/MHHPA体系的固化反应活性相当，MPAER/MHHPA体系的玻璃化转变温度为112.8℃，其力学性能和电气性能均稍弱于DGEBA/MHHPA体系，其中MPAER/MHHPA体系的电气强度比DGEBA/MHHPA体系低9.4%。但MPAER/MHHPA体系的综合性能仍较好，可以通过对MPAER进行结构优化或者与其他类型的环氧树脂共混来进一步提高其性能。

针对饱和电抗器浇注用环氧树脂在受到电应力及机械振动时易出现老化开裂的问题，需要在保持其优良绝缘、抗腐蚀性能的基础上改善其力学性能及热学性能。本文以功能优化设计为原则，先通过热处理在碳化硅晶须（SiCw）表面形成二氧化硅介电层得到SiCw@SiO₂，然后利用掺杂改性的方法制备SiCw@SiO₂/EP复合电介质，并对其介电性能、力学性能以及导热性能进行测试。结果表明：SiCw@SiO₂/EP复合电介质兼具高介电常数及低介质损耗，韧性也得到改善，且由于SiCw相互接触形成了连续导热网络，SiCw@SiO₂/EP复合电介质的导热系数相比纯环氧树脂提高了117%。

本文制备不同填料含量的核壳结构BNNS@SiO₂/环氧复合电介质，研究复合电介质界面区的化学特征与微观形貌，通过热刺激去极化电流法与击穿测试研究环氧复合电介质的陷阱特性与击穿性能。结果表明：BNNS@SiO₂具有核壳结构，且包覆的SiO₂厚度在纳米级别；BNNS@SiO₂表面存在明显化学键合作用，与环氧基体可形成较强的界面区，提升其与环氧基体的相容性。少量BNNS@SiO₂可有效提升复合电介质的电气强度，当BNNS@SiO₂的质量分数为1%时，复合电介质的电气强度可提升52.3%。当BNNS@SiO₂纳米粒子含量较少时，环氧复合电介质中的深陷阱增加，当纳米粒子含量较多时，深陷阱数量有所减少，浅陷阱数量增加。此外，核壳结构BNNS@SiO₂/环氧复合电介质的热导率明显提高，有利于高电场下的绝缘散热。通过深陷阱效应与导热性能提升的综合作用，环氧复合电介质的击穿性能得到显著提升。

为研究乌桕籽油作为变压器用天然酯绝缘油的可行性，将乌桕籽油经过脱胶、脱酸、脱色和脱水等精炼处理后得到乌桕籽绝缘油，将其与矿物绝缘油进行理化性能和电气性能对比，并在130℃条件下进行加速热老化试验，研究其热老化特性。结果表明：乌桕籽绝缘油主要的脂肪酸成分为多不饱和脂肪酸，其理化性能和电气性能符合相关标准要求，其运动黏度和介质损耗因数大于矿物绝缘油，但燃点远高于矿物绝缘油；在130℃下经过250、500、750、1 000 h热老化后，乌桕籽绝缘油的颜色变化程度小于矿物绝缘油，且拥有高于矿物绝缘油的击穿电压，但是介质损耗因数的增幅较大。

为提高绝缘成型件、角环等湿法加工绝缘件的韧性及吸油性，加强其装配过程中的工艺可操作性，从而提升变压器的运行可靠性，对不同原料配比棉浆复合绝缘纸的性能进行研究，确定棉浆复合绝缘纸的棉浆比例，然后加工成成品并进行性能测试。结果表明：掺入棉浆体积分数为25%的棉浆复合绝缘纸综合性能最好，使用该原料配比制备的棉浆复合绝缘纸生产的角环、绝缘成型件具有较好的柔韧性及吸油性。

天然酯绝缘油和合成酯绝缘油由于具有生态友好、防火性能优异的特点，在变压器行业得到越来越多的应用。目前，国内还没有环保酯类绝缘油应用于海上升压站220 kV电力变压器的先例。本文根据海上升压站特点与要求对变压器酯油类型和绝缘系统类型进行选型研究，以SZ-150000/220型变压器为对象，建立变压器器身结构改进模型进行仿真分析，仿真验证结果表明酯类绝缘油满足220 kV变压器的绝缘和温升要求。本文通过对比分析和仿真计算探讨了酯类绝缘油用于海上升压站220 kV电力变压器的可行性，并提出优化设计方案使设备适应海上运行环境要求，为酯油变压器在海上升压站的应用提供了参考。

植物绝缘油在电气设备中易老化产生甲酸、乙酸和甲醛等极性小分子物质，降低绝缘油的理化性能和电气性能，影响设备运行安全。为解决绝缘油品质劣化的问题，可以采用吸附工艺对老化后植物绝缘油进行净化处理，减少老化产生的极性小分子杂质。本文采用原位生长法制备2-甲基咪唑锌盐（ZIF-8）/氧化铝（Al₂O₃）复合材料，并将其作为吸附剂对老化植物绝缘油进行吸附净化，并对吸附净化后植物绝缘油的理化和电气性能进行测试。结果表明：经ZIF-8/Al₂O₃复合材料吸附净化后，植物绝缘油的酸值和介质损耗因数明显降低，体积电阻率和起始氧化温度显著提高，品质明显提升。此外，分子模拟结果也表明，ZIF-8/Al₂O₃复合材料对植物绝缘油中极性小分子的吸附能力优于Al₂O₃。

甲醇因其稳定性强、在绝缘油老化初期含量高等特点，是变压器油纸绝缘状态评估的重要特征物质，而水是油纸老化过程中必不可少的产物。为明确水对植物绝缘油中甲醇扩散的影响，分别构建含水量为1.0%、1.5%、3.0%、5.0%的植物绝缘油、水、甲醇共混模型，利用分子动力学方法计算模型中物质的扩散轨迹、扩散系数、相互作用能、氢键、自由体积，并从微观角度出发，解释水促进甲醇扩散的机理。结果表明：随着含水量的增加，甲醇与植物绝缘油的相互作用能减小，系统整体的氢键稳定性下降，自由体积增大，最终导致甲醇在植物绝缘油中的扩散作用增强。

针对高热故障下超/特高压变压器内部绝缘系统状态变化和产气机理不清晰而严重制约变压器状态分析诊断的问题，本文基于热焓理论与仿真模拟手段相结合的方式对超/特高压变压器高热故障下油纸绝缘系统特征气体的生成路径与油纸绝缘系统的裂解机理开展研究。依据热焓理论得到气体的生成机理，并利用仿真模拟验证本文所提出的产气机理与路径。结果表明：高热故障下油纸绝缘系统中链烷烃要比环烷烃和双环芳香烃更容易发生裂解，各组分裂解生成特征气体的速率从大到小依次为纤维素、链烷烃、环烷烃、双环芳香烃。根据气体生成能可知，特征气体CH₄和C₂H₆最容易生成，C₂H₂最难生成，可通过特征气体在油纸绝缘系统中的生成速率判断高热故障的严重程度。

绝缘垫块的机械特性是变压器绕组结构建模的关键因素。运行变压器绕组受到周期电磁力作用，静态的应力-应变测试结果无法表征绝缘垫块的动态机械特性。针对周期电磁力下绝缘垫块的动态机械特性，本研究提出了一个非对称的滞回模型，该模型不仅包含线性的阻尼和刚度，还包含非线性的动态刚度。在实验中，利用气动激振器模拟电磁力的幅值和频率，获取不同压紧力下绝缘垫块的应力-应变数据，并利用基于NSGA-II算法的多目标优化算法训练模型参数。结果表明：绝缘垫块的刚度和阻尼均与压紧力存在密切关系，且油浸垫块具有较明显的阻尼特征。随着压紧力的增大，加压和减压过程中绝缘垫块的动态刚度幅值减小。与周期电磁力的幅值相比，其频率对绝缘垫块机械特性的影响更显著。

变压器油在贮存、使用和运输过程中易发生微生物污染，影响其品质和绝缘性能。本研究主要考察温度和湿度对变压器油中微生物生长的影响，分析变压器油处理前后的品质变化，识别变压器油的官能团结构和有机物种类，提出有效处理变压器油微生物污染的方法。结果表明：变压器运行油和故障油中均含有枯草芽孢杆菌、利用糖产酸的杆菌、利用糖产酸产气的杆菌和不利用糖产酸产气的球菌，故障油中的微生物数量远大于运行油，其中枯草芽孢杆菌数量最多；新变压器油中未培养出微生物。高温能够抑制变压器油中微生物的生长，当温度为60℃时，微生物不会完全灭活，一旦温度恢复至37℃，又重新开始生长繁殖。在37℃下，当油水质量比为99∶1、49∶1、19∶1和9∶1时，4种细菌均存在，且随着油水质量比升高，菌株数量增大。采用高压灭菌+分子筛粗滤+超滤的再生处理方法可使污染的变压器油变得清澈透明，且检测不到微生物的存在，再生油中主要含有O-H、C-H、C=O键和不饱和键。经过再生处理后，变压器油的击穿电压和体积电阻率分别由29.67 kV和5.70×10¹⁰ Ω·m升高至49.50 kV和4.68×10¹¹ Ω·m，介质损耗因数由6.052%下降至0.215%，满足DL/T 1419—2015的指标要求。

本研究搭建了匝间绝缘试验平台，并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明：在工频电压下，植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘；在操作冲击电压下，植物油纸绝缘的击穿电压略高于矿物油纸绝缘；在负极性雷电冲击电压下，植物油纸绝缘的击穿电压略低于矿物油纸绝缘。考虑到不同规格导线匝间绝缘的击穿电压存在差异，为指导植物绝缘油变压器的匝间绝缘设计，基于试验结果，采用有限元法对矿物油纸匝间绝缘和植物油纸匝间绝缘的场强进行仿真计算，结果表明击穿电压下矿物油纸匝间绝缘的最大场强高于植物油纸匝间绝缘。

局部放电超声波信号在电力变压器设备外壳上衰减严重，导致不同位置传感器接收的局部放电信号存在巨大差异，极大地影响了其在现场应用时的测量精度和检测效率。为此，本文采用有限元仿真软件建立油浸式电力变压器分区模型，得到局部放电超声波信号在油箱主面的分区规律，并形成变压器空间声压和分区声压的分布图谱。基于Pearson相关系数与K-means聚类的监测点位优化方法，优选出空间声压与分区声压敏感度最佳的监测点位，并进行对比测试。结果表明：A等级监测点的平均检测效率为86.0%，实现了变压器局部放电的高效检测，为超声波传感器布置点位的选择提供了新方法。