环氧树脂具有优异的力学性能、热稳定性、化学稳定性和电气绝缘性，已被广泛应用于绝缘材料领域。稳定的三维交联网络结构在赋予环氧树脂优异性能的同时，也给其再加工、降解和回收带来巨大的难题。现阶段，越来越多的研究开始关注于环境友好型环氧树脂材料，以期解决再加工、降解等问题。本文综述了基于动态共价键环氧树脂的几种典型设计思路与方法，重点介绍引入酯键、二硫键、硅氧键、亚胺键、D-A结构、缩醛键、主-客体作用以及多重动态键构造环境友好型环氧树脂绝缘材料，同时，介绍动态键在特定刺激下使环氧树脂交联网络拓扑结构发生可逆改变，实现重塑、再加工、自修复和降解等功能，最后总结并展望基于动态共价键绝缘材料的应用前景。

变频功率器件频繁开断与电机负载特性可导致高频脉冲过电压，进而引发电机绝缘过早失效，给系统稳定性和可靠性带来挑战。本文从变频电机绝缘失效机理出发，首先调研了变频电机绝缘的不同应力失效形式，梳理了绝缘系统失效的主要影响因素，然后对变频电机绝缘状态检测方法及延缓失效应对措施进行了全面综述，最后强调了变频电机绝缘目前面临的重大挑战及未来研究方向。

本文首先总结了近年盆式绝缘子失效破坏的一般规律和特征，然后截取典型失效区域试样，分析基体微观组织形貌和失效断口的形貌特征，最后采用纳米压痕力学技术对复合材料异质界面微观力学性能进行表征分析，阐释基于Al₂O₃/环氧树脂复合材料的裂纹萌生及失效断裂机制。结果表明：环氧树脂基体的断裂韧性值约为0.55 MPa·m^1/2，在载荷作用下裂纹从环氧树脂基体中萌生，并不断扩展，当遇到高强度的Al₂O₃颗粒时因受阻而发生偏转，并沿着颗粒与基体的界面快速扩展。

环氧树脂内部原子的“热胀冷缩”行为及固有的低热导率问题，严重制约环氧树脂在干式直流套管绝缘中的应用。为此，本研究向环氧树脂中引入低热膨胀系数的氮化硼晶须，制备了新型氮化硼晶须/环氧（BNw/EP）复合电介质，并对复合电介质的微观结构、热膨胀系数、导热性能、电气性能、热稳定性、力学性能进行测试分析。结果表明：在20～100℃的温度范围内，氮化硼晶须质量分数为10%的复合电介质的热膨胀系数比纯环氧树脂降低了15%，同时热导率提升至0.28 W/(m·K)，高于纯环氧树脂33.33%。此外，其介电常数在10²～10⁶ Hz频段内低于5.28，介质损耗因数低于0.02，且体积电阻率为10¹⁴ Ω·cm，拉伸强度保持在49.5 MPa左右。本研究证明了在环氧树脂基体中填充氮化硼晶须，可以保证复合电介质的绝缘、介电以及力学性能不受破坏的基础上，有效降低材料热膨胀系数，提高导热性能。

随着微电子领域和微电子加工技术的快速发展，通过喷墨打印技术制造微电子器件已经成为当前热门的增材制造方向。本文以扭曲非共平面的杂萘联苯和六氟异丙基为结构基元，通过亲核取代反应制备了可紫外光固化的乙烯基封端的聚芳醚预聚物，加以不同种类的双丙烯酸酯类活性稀释剂和自由基类快速光引发剂共同构建新型3D打印低介电油墨体系。结果表明：油墨体系固化前的黏度均低于300 mPa·s，可加工性能良好；经UV和热固化后，红外测试表明其固化程度可达87%以上，固化基本完全；体积收缩率最低仅为2.4%，具有优异的尺寸稳定性；材料的玻璃化转变温度最高可达210℃，热分解温度最高达370℃，具备在150℃下长期使用的潜力；在10 GHz测试频率下材料介电常数可达2.61，介质损耗因数仅为0.014，具有优异的介电性能。本研究制备的油墨体系可适用大曲率共形电路增材制造工艺，在微电子领域具有良好的应用前景。

交联聚乙烯（XLPE）与硅橡胶（SIR）是目前常用的高压直流电缆本体绝缘与附件增强绝缘材料，二者构成的复合绝缘在长期热应力作用下会发生老化。为探究不同老化程度XLPE/SIR复合绝缘的电荷输运特性，本研究制备了不同老化程度的XLPE/SIR试样，对其进行空间电荷与等温松弛电流联合测量。同时结合傅里叶红外光谱（FTIR）测试与量子化学计算（QCC），构建了老化前后XLPE/SIR体系的能带模型，基于此对XLPE/SIR的电荷输运行为进行探讨。结果表明：XLPE/SIR中间界面始终积聚负电荷，且电荷量随老化时间延长而增多。阴极与阳极附近始终存在同极性电荷积聚，且分布范围随老化时间延长而减小。材料发生老化后，SIR中的电荷陷阱深度变化不大，而XLPE中出现了更深的电荷陷阱。未老化XLPE/SIR中间界面处的负电荷积聚主要由Maxwell-Wagner极化导致，而老化后试样界面负电荷积聚增多主要与SIR中引入了电子浅陷阱以及XLPE中引入了电子深陷阱有关。

普通聚酰亚胺应用于轨道交通牵引电机绝缘结构中，容易引发电晕击穿失效，严重影响电机长期运行的可靠性和安全性。本文以4,4′-二氨基二苯醚（ODA）为二胺，均苯四甲酸二酐（PMDA）为二酐，以不同硅烷偶联剂表面处理的纳米氧化铝为无机填料制备了3种耐电晕聚酰亚胺材料。探讨了不同偶联剂对耐电晕聚酰亚胺的表面形貌、力学性能、耐电晕寿命、电击穿性能的影响。结果表明：硅烷偶联剂表面处理使得氧化铝在聚酰亚胺基体中的分散性得到改善，降低了纳米氧化铝的团聚程度，提高了聚酰亚胺材料的耐电晕特性，同时保持了其优异的力学性能。其中采用双氨基的硅烷偶联剂表面处理后的纳米氧化铝在DMAc中的分散稳定性最佳，所制备的耐电晕聚酰亚胺材料表面形貌及综合性能也为最佳，在试验电压为3 kV和2 kV下的耐电晕时间分别为25 min和120 min，拉伸强度达167 MPa，断裂伸长率为29.5%。

为解决硅橡胶电缆表面印字污染问题，本文提出利用低温等离子体射流对硅橡胶进行表面处理。以交流电源激励针-环结构电极产生氩气等离子体射流，对不同移动速度下的硅橡胶电缆表面进行动态处理，系统研究处理速度对硅橡胶电缆憎水性、沿面耐压和击穿性能的影响，通过SEM和EDS检测硅橡胶表面物理形貌和化学成分变化。结果表明：射流静态处理会导致材料表面温度升高，而动态处理可以显著降低温升。处理后硅橡胶的水接触角和闪络电压均有小幅度下降。随着处理速度增大，硅橡胶的憎水性和电气绝缘性能逐渐恢复。5 mm/s处理条件下，硅橡胶表面抗油墨粘接性显著提高。结合物化特性结果可知，等离子体射流处理后硅橡胶表面交联聚合程度提高，界面分子扩散运动受到阻碍，进而降低了硅橡胶表面自黏性能。

为探究玻璃纤维增强环氧树脂复合绝缘材料的表面放电过程及其显微特征，本文通过搭建斜板电极实验平台，采用恒定电痕化电压法对试样进行表面电痕化和蚀损试验，并结合理想液体的伯努利方程分析了电痕的形成机理。还测试了不同电痕蚀损阶段下环氧树脂材料的官能团变化情况、表面粗糙度以及三维形貌。结果表明：绝缘复合材料的潮湿污秽区域极易产生泄漏电流并发生放电，且电痕放电和最严重的损蚀情况总是首先出现在下电极处；随着试样表面电痕腐蚀程度增加，环氧树脂分子链中环氧基、羟基、氨基、醛基逐渐分解，羰基产生后又不完全分解；材料的表面形貌逐渐变得粗糙和不规则，表面粗糙度呈上升趋势，其中爆发期的粗糙度约为起始期的2.8倍。

为减小基于扩展Debye模型的老化状态评估方法对描述套管油纸绝缘劣化过程和解释老化机理时存在的误差，本文测试分析了不同老化程度油纸绝缘样品的极化-去极化（PDC）曲线，建立了考虑弛豫支路呈概率分布的分布式Debye模型，并通过正则化方法进行求解，最终提出了油纸绝缘套管老化状态的精确评估方法。结果表明：随老化程度的增加，极化电流整体向去极化电流增大、弛豫时间减小的方向移动，曲线达到稳定值的时间缩短；分布式Debye模型能够较好地描述老化油纸绝缘样品的多弛豫过程，正则化方法则能够较好地解决求解病态线性方程组时遇到的系统不适定问题；随着老化程度的增加，样品弛豫主峰所对应的弛豫时间分布函数概率密度增大，最可几弛豫时间常数逐渐减小；本文构建的老化状态评估模型具有较高的评估精度，误差均小于1.37%。

支柱绝缘子作为气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）中重要的支撑部件，其绝缘性能影响着GIS的可靠性和稳定性。本文以工程GIS用支柱绝缘子为研究对象，选取绝缘子表面切向电场强度作为绝缘性能指标，分析了绝缘子伞裙的数量、起始位置、根部半径、顶部半径参数以及收缩伞裙结构对绝缘性能的影响。结果表明：通过增设伞裙，绝缘子切向电场分布呈现波峰、波谷震荡，有利于阻碍绝缘子沿面放电的发展。最大切向电场强度随伞裙数增加而增大，随伞裙起始位置距高压电极距离增大而减小，其位置随伞裙根部半径变化发生转移。优化结构与原始结构相比，其沿面最大切向电场强度由12.66 kV/mm下降至9.69 kV/mm，降幅为23.5%，通过负极性雷电冲击考核及裕度试验，绝缘裕度高达1.3倍以上。

本文以±525 kV柔性直流输电工程中的直流海底电缆为研究对象，开展了直流耐压试验、冲击耐压试验、梯度耐压试验，分析了绝缘材料的击穿场强、老化寿命指数、Bahder系数等关键参数，设计并计算了不同耐压条件下±525 kV直流电缆的绝缘厚度。基于直流电缆的电场分布和温度分布，对绝缘设计厚度进行校核。结果表明：直流电缆中电场分布的畸变程度主要由绝缘层温差决定，绝缘层温差主要由电缆导体通过的电流大小决定。综合考虑研究结果以及电缆长期安全可靠性，建议±525 kV直流电缆绝缘厚度设计按28 mm选取。

为了探究高低温持续变化对电缆终端环氧复合绝缘的影响，本文制备了微米Al₂O₃/环氧复合绝缘试样，并对此进行了冷热循环实验。通过交流击穿、等温表面电位衰减和介电性能等测试分析了不同冷热循环次数下环氧复合绝缘试样的介电性能变化规律以及材料劣化机理。结果表明：在冷热循环过程中，环氧复合绝缘的交联网络在高温热老化和高低温交变应力的共同作用下逐渐发生劣化，填料逐渐脱离基体，试样内出现微裂纹和孔洞，自由体积不断增大，介电常数和击穿场强不断降低。其中，在经过750 h的冷热循环后，试样的交流击穿场强下降了15.2%，深陷阱密度下降了41%，浅陷阱密度呈现上下波动的趋势，介质损耗因数（tanδ）先减小后小幅增大。

为探究国内外聚乙烯电缆料性能差异产生的原因，本文通过凝胶渗透色谱（GPC）、旋转流变测试以及自成核退火热分级（SSA）等方法测试了材料的分子量分布、长支链含量以及短支链含量，探讨了一种国产和两种进口500 kV交联聚乙烯电缆料的分子链结构与其介电性能的关系。结果表明：聚乙烯体内长支链含量从小到大的顺序为：国产样品、进口B样品、进口A样品；短支链含量从小到大的顺序为：进口B样品、进口A样品、国产样品。其中，进口A样品中较高的长支链含量，有利于分子有序排列和结晶的形成，进而提高其耐压等级；国产样品过高的短支链含量会阻碍分子结晶，导致其击穿场强较低。此外，3种聚乙烯分子链结构的差异对其介电常数、介质损耗因数和电阻率影响不大。

局部放电特高频（UHF）方法检测局部放电（PD）是当前评估气体绝缘开关设备（GIS）状态和绝缘性能的重要手段之一。本文为解决局部放电UHF检测出现大量漏报和误报的问题，通过开展GIS绝缘子表面金属异物附着缺陷长期恒压实验，结合现有UHF检测策略对放电信号的成功捕捉概率进行分析，从检测时长和检出阈值两方面对现有UHF信号的检测策略提出了优化方案。结果表明：绝缘子表面金属异物附着缺陷局部放电具有间歇性特点，现有UHF带电检测及在线监测策略对放电的检出概率均不高。针对带电检测策略进行优化，延长检测时长至2 247 s，有效放电的捕捉概率可达85%；针对在线监测策略进行优化，延长形成一个局部放电事件（PD Event）的测量时间和降低其检出阈值皆可增大PD Event的检出概率，工程应用中可选择合适的测量时间和检出阈值相组合的方式来进行间歇性放电的检测。

为解决频域反射法（FDR）只能判别缺陷极性而不能识别缺陷长度和类型的问题，本文提出了一种基于信号衰减强度评估的缺陷类型判别方法，通过利用各缺陷处总的折反射强度与首次反射强度作差，再利用差值的大小即可对缺陷的长度和类型做出判断，并结合极性判断方法将缺陷细分为了4种类型。结果表明：本文所提方法可成功识别电缆中常见的接地故障、过度弯折、本体受潮及长电缆中间接头4种缺陷的长度和类型，且与仿真建模的结果一致。本文缺陷类型判别方法可对电缆常见的点缺陷和段缺陷进行识别。

为更精细化评估伞裙的微观结构和材料组成等因素对绝缘子宏观性能的影响，本文结合分子动力学模拟方法对不同运行年限的交流复合绝缘子进行力学性能、热失重、傅里叶红外光谱等测试。结果表明：随着运行年限的增加，绝缘子从低压端到高压端的伞裙抗撕裂强度、拉伸强度、断裂伸长率整体呈下降的趋势；伞裙外层有机硅和SiO₂的含量大幅下降，可造成宏观力学性能下降；在电-热环境下，伞裙的体积模量、杨氏模量和泊松比随温度的升高整体呈下降的趋势，随电场强度的升高整体呈波动性；绝缘子高压端的电场畸变最严重，力学性能最差。本文建立的复合绝缘子伞裙老化的多尺度模型，可为评估绝缘子老化状态提供参考。