硅橡胶复合材料因其优异的耐候性、电绝缘性、高化学稳定性等优点，被广泛应用于电线电缆、电子封装等领域。本文从导热机理、导热性能的影响因素及提高硅橡胶复合材料导热性能的策略等方面来阐述填充型导热绝缘硅橡胶复合材料的研究进展，并对填充型导热绝缘硅橡胶复合材料的研究前景进行了展望。

硅橡胶材料具有优异的机电性能以及出色的耐高低温性能，在电气绝缘领域具有广泛运用。本文综述了低温、高温对硅橡胶（SR）材料力学性能、电气性能的影响，同时介绍了硅橡胶在低温下的结晶行为以及提高硅橡胶材料热稳定性的方法，最后对硅橡胶材料的未来发展应用趋势进行了展望。

新型环保绝缘介质C₄F₇N混合气体在长期过热和局部放电条件下会发生分解，部分分解产物不仅影响气体绝缘开关柜稳定运行，还对人身安全造成危害。因此设备内部需要配有吸附材料对分解产物进行吸附处理。分子筛种类繁多且具有离子改性空间，被视为最有潜力处理C₄F₇N分解产物的吸附材料。本文通过分子动力学计算探究了11种纯硅型分子筛（3种具有笼道结构特征，8种具有孔道结构特征）对C₄F₇N及其分解产物的吸附等温线及吸附位。然后基于密度泛函理论（DFT）得到了阳离子（H⁺、Na⁺、Mn²⁺和Fe²⁺）改性后ZSM分子筛对C₄F₇N及其分解产物的吸附能、电子转移以及态密度等参数。分子动力学结果表明，分子筛拓扑结构、气体分子与分子筛窗口尺寸大小等特性是影响吸附过程的重要因素。密度泛函计算结果表明，Mn²⁺离子和Fe²⁺离子改性可以有效提升ZSM分子筛对C₄F₇N分解产物的吸附效果，且吸附过程为化学吸附。吸附时，C₄F₇N的主要作用位点为C≡N键，C₂F₆的主要作用位点为C=C双键及F原子，C₃F₈、C₂F₆和CF₄的主要作用位点为F原子。

聚乙烯基非交联电缆绝缘材料具有优于XLPE的电气性能和力学性能，加工工艺简单、生产能耗低并可回收，是最具应用前景的新型环保电缆绝缘材料之一。本文采用国产基料制备不同配比的LLDPE/HDPE共混绝缘材料，对其电气、力学、流变和抗热氧老化性能进行测试，并与进口基料制备的共混材料进行对比。结果表明：国产与进口共混材料都在LLDPE、HDPE质量比为7∶3时表现出最佳的电气性能和力学性能。最优质量比下国产共混材料的电气性能与进口共混材料表现相近，但拉伸强度较低。在抗热氧老化性能上，国产共混材料与进口共混材料相比有明显差距。通过分子量及其分布测试、红外光谱分析发现，国产LLDPE的支化度和进口LLDPE相近，但其分子量分布范围更宽，且低分子方向存在明显长尾分布，这可能是导致国产共混材料拉伸强度和抗氧化性能较低的原因之一。

本文重点研究受阻酚类抗氧化剂（AO3052）熔融自由基接枝改性对聚丙烯（PP）绝缘空间电荷与击穿性能的影响。对不同抗氧剂含量的接枝聚丙烯进行了直流电导、空间电荷分布和直流击穿特性测试，并与未改性聚丙烯进行对比。结果表明：抗氧剂接枝会增大试样体电导率对温度的敏感性，提高试样的电导活化能。0.5%抗氧剂接枝可以有效改善PP的空间电荷积聚问题，降低电场畸变程度，将90℃下PP的直流电气强度提高了31.3%，同时将90℃下PP的老化电气强度提高了36.1%，这归因于0.5%抗氧剂接枝对空间电荷积聚的抑制能力。通过能带结构分析认为，抗氧剂接枝改性可在PP的禁带中引入更多局域能级与电势阱，抑制电荷输运，同时受阻酚类抗氧剂中的酚羟基可以清除PP中的自由基，二者综合作用提升了PP的击穿性能。

在电缆附件中，电缆本体绝缘与附件绝缘界面处会涂敷电缆用绝缘油，以增强电缆附件界面之间的密封性和电气绝缘性能。为了考察电缆本体绝缘与绝缘油的相容性及适用性，本文对PP、XLPE在25、75℃下对3种典型绝缘油（硅油、硅脂、聚异丁烯）的吸附相容性进行研究。结果表明：受分子结构的影响，PP和XLPE对硅油和硅脂的吸附能力有限，而极易吸附聚异丁烯，造成质量的显著增加；PP与硅脂配合具有最佳的性能，可使PP的力学性能与电气强度提升；而XLPE在硅油与硅脂中展现接近的材料性能，其中硅脂浸渍老化后保持较好的力学性能，而硅油浸渍老化后则保持较好的绝缘性能。通过分析发现，适量的吸附一定程度上提高了表面粗糙度并填补了绝缘内部缺陷，提升了材料的绝缘性能。通过研究不同种类的涂敷料在不同温度下对主绝缘材料的影响，得到了绝缘介质与电缆主绝缘的适配性结果，可为规范电缆终端绝缘油的选择、提高电缆终端的运行可靠性提供参考。

藏东南地区环境温差较大，对复合绝缘子的绝缘性能产生负面影响，从而影响西电东送规模持续可靠送出。本文在-20～150℃下对硅橡胶试样开展720 h的高低温循环老化试验，对不同循环次数的硅橡胶进行各项测试用于研究其大温差环境老化性能变化规律。对测试的12个特征量通过Fisher Score进行特征量选择，筛选出4种显著相关性特征量。以运行0～11年复合绝缘子为研究对象，基于相关性特征量对在役复合绝缘子进行性能测试和结果分析，并提出一种改进遗传算法优化BP（back propagation）神经网络的预测算法。该算法一方面改进最优保存策略选择算子，另一方面迭代过程动态调整变异概率和交叉概率。结果表明：4项老化特征量拉伸强度、介质损耗因数tanδ、TGA最终剩余比例和Si-OH透过率下降率具有显著的相关性；相比传统BP神经网络和GA-BP（genetic algorithm-back propagation）神经网络，改进GA-BP神经网络的非线性学习和全局寻优能力更强，网络收敛速度更快；以老化11年的1组试样进行误差检验，改进GA-BP神经网络的检验误差结果为2.33%，5组复合绝缘子的运行寿命预测值与实际年限之间的误差均在5%以内。

盆式绝缘子的表面电荷积聚是制约高压直流GIL发展的重要因素之一，而GIL内部热传递过程会加剧表面电荷的积聚进程。本文建立了电荷积聚的电-热场耦合数学模型，模拟了不同外部环境温度和内部气体压力下高压直流GIL内部温度随时间的变化情况，进一步研究了外部环境温度恒定及时变情况下的表面电荷积聚特征，并分析了其对表面电荷积聚的影响。结果表明：在外部环境温度为恒定值的情况下，外部温度每升高10℃，绝缘子表面的稳态温度会升高9.2%以上，绝缘子的稳态表面电荷密度也会因此增加17.3%以上。当考虑到外部环境温度随时间变化时，绝缘子表面的温度在持续上升一段时间后，最终会在特定温度范围内波动，此时绝缘子表面电荷密度与外部环境平均温度下的表面电荷密度值近似相等。此外，绝缘子的表面温度和电荷密度会随着气压的升高而减小。研究结果有望为直流GIL的设计和运行提供参考，从而提高直流GIL运行的安全性和稳定性。

大功率空气绝缘射频同轴电缆在物联网等领域具有广阔的应用前景，研究其重要的绝缘部件——绝缘垫片在常见缺陷存在下的电场分布情况对射频同轴电缆安全稳定运行具有重要意义。首先，建立包含内外导体和绝缘垫片的射频同轴电缆数值模型并在有限元软件中搭建其静电场仿真模型，通过试验验证了该模型的准确性；其次，基于所搭建的模型调节缺陷的形态、位置参数研究内部气泡、表面异物和界面缺陷对绝缘垫片电场分布的影响，并与无缺陷时的电场强度仿真结果进行比较。结果表明：绝缘垫片电场分布与内部气泡形态有关，并且距离内导体越近，电场畸变越严重；表面异物的尺寸、位置、排列方式都会影响电场分布，其中导电颗粒对电场的影响比沙粒大；界面缺陷对电场的影响程度与缺陷厚度成负相关，与缺陷深度成正相关。综上，3种缺陷中导致电场畸变最严重的缺陷是表面异物，其次是界面缺陷。

针对高压开关柜中绝缘隔板电场分布不均匀、局部电场畸变严重容易导致绝缘故障的问题，将介电功能梯度材料引入到绝缘隔板的制备中，提出了内部绝缘结构优化和表面绝缘结构优化两种优化方案。通过改变材料的介电常数上限、绝缘隔板厚度以及表面涂层厚度等参数进行电场、温度场仿真计算，对比分析其对电场分布优化效果的影响，最后对两种优化方案进行了仿真及介质损耗特性试验对比。结果表明：相较于传统的匀质绝缘隔板，在不考虑开关柜内部运行环境因素影响的条件下，改变内部绝缘结构和增加表面涂层都可以使沿面最大场强降低。当绝缘隔板厚度增加到12 mm时电场优化效果最优，沿面最大场强可降低69.8%；当表面涂层厚度为1 mm时电场优化效果最优，沿面最大场强可降低62.9%。通过仿真及试验对比证明，内部绝缘结构优化的隔板电场调控效果及绝缘性能更优。

空气放电源于电场与大气环境的相互作用，空气间隙放电电压受到极间电场分布与大气参数的共同影响。为实现高海拔环境下棒-板长空气间隙的操作冲击放电电压计算，本文以气压、温度、绝对湿度、海拔以及电场特征量作为特征集，构建了一种基于k近邻（k-nearest neighbor，KNN）算法的绝缘预测模型。采用55～4 300 m海拔范围内的试验数据对KNN算法进行训练，建立气隙特征与其绝缘强度的映射关系，实现了5 000 m高海拔环境不同间隙距离的棒-板空气间隙放电电压预测，最大相对误差和平均绝对百分比误差分别为8.58%和3.78%，验证了所提方法的有效性。将模型外推至平原不同大气参数下的棒-板空气间隙时，放电电压预测值与试验值同样具有较好的一致性。研究结果可为不同大气环境下的空气间隙绝缘强度计算提供参考。

脐带缆被誉为连接水下生产系统和上部设施的“神经生命线”，准确分析其温度场分布和载流量是安全开展海洋油气勘探和开采任务的关键保障。不同于传统海缆，脐带缆因结构复杂、功能多样，在位运行时存在复杂的电-热-流多物理场耦合效应，传统解析法难以确定其温度场分布和载流量。本文基于有限元软件Comsol建立脐带缆电-热-流多物理场耦合截面精细模型，通过控制变量法研究3种典型敷设方式、环境等因素对导体温度和稳态载流量的影响。结果表明：当电流较小时，影响脐带缆截面温度和稳态载流量的主导因素是管中液体温度；导体温度的变化趋势能够反映稳态载流量的变化情况；直埋时，埋设深度与外界流体温度的增加皆会削弱脐带缆的散热能力；平铺时，海水流动会明显降低脐带缆温度，在低流速下，流速增加对脐带缆的降温效果十分显著，但高流速的海水会在紧贴脐带缆的表面形成具有温度梯度的边界层，使热量的传递受到限制，降温效果反而不明显；绝缘老化对脐带缆整体温度分布的影响较小，但会影响截面最高温度。

为弥补传统方法对环氧基绝缘微缺陷探测精度的不足，本文基于不同缺陷影响下光子释放信息的计数分析提出了一种新的缺陷检测方法。通过制备具有划痕、表面毛刺及金属微粒缺陷的绝缘拉杆及盆式绝缘子样本，进而在交流电压激励下获得上述样本局放起始前的光子计数结果。结果表明：严重缺陷样本平均光子计数可高达无缺陷样本平均光子计数的12倍以上，且光子计数结果受缺陷种类、尺寸、位置及绝缘气体影响显著，其中平均光子计数与缺陷严重程度呈正相关。因此，光子计数可作为探测环氧基绝缘材料早期缺陷的潜在工具。

纤维增强树脂基复合材料被广泛地应用在电力设备中，其涉及多层介质，结构复杂，内部易产生缺陷，在长期电场作用下会引发局部放电甚至绝缘击穿。对绝缘内部缺陷进行早期检测，可以有效减少事故的发生。本文基于超声反射法搭建了复合材料超声检测系统，基于真空树脂传递模塑法人工制备了含裂纹、分层和金属杂质缺陷的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料平板试样，然后分别对含缺陷的平板试样进行超声检测与频谱分析。结果表明：不同种类缺陷试样的超声反射波形存在明显差异。通过对超声回波进行频谱变换，得出归一化频谱特性曲线，根据曲线计算特征值可以实现对不同形态缺陷的识别。其中裂纹缺陷试样的特征值最小，分层缺陷试样的特征值最大。

变电站管型绝缘母线接头潮气侵入和残留导电微粒是其常见缺陷，缺陷导致接头电场分布发生畸变，危及其绝缘性能，甚至发生绝缘击穿、烧毁等事故。本文采用有限元多物理场仿真技术，基于实际结构构建了绕包式管型绝缘母线接头模型，分别在金属屏蔽层与主绝缘层界面、主绝缘层与内密封层界面设置长度分别为10、30、50 mm的3种不同水膜和半径为0.5 mm的半圆形导电杂质，利用COMSOL软件进行电场仿真分析，研究不同缺陷位于不同界面对管型绝缘母线接头电场分布的影响。结果表明：水膜和导电杂质都会对绝缘带材界面电场分布产生不同程度的影响，缺陷内部场强下降，缺陷边缘场强剧增，其中绝缘界面残留导电微粒时电场畸变情况比水分侵入时更加严重，更易发生绝缘击穿事故，应加强端部密封和严防导电微粒残留。

海缆作为高压电力的传输构件，运行过程中产生的热量会引起结构温度升高及膨胀。受各层约束作用，海缆将产生较大的热应力与变形，进而引起结构损坏。此外，温度升高会导致海缆内部高分子材料弹性模量降低，导致海缆截面力学性能的改变。因此有必要研究海缆运行过程中因热膨胀引起的应力和变形，分析温度对海缆截面力学性能的影响。本文以某海上风电工程为依托，基于有限元软件ABAQUS建立了海缆-土体整体有限元模型，获得了稳态载流量下的温度场分布；基于温度场结果，采用热力耦合方法计算了海缆的热应力和热变形，并分析了温度作用下海缆截面力学性能的改变。结果表明：海缆运行时最高温度出现在铜导体中，外被层温度最低，以铜导体为中心，沿径向往内侧温度变化梯度较小，往外侧温度变化梯度较大；热应力主要集中在金属结构中，最大变形出现在钢丝铠装层中，当铜导体与光纤位于截面顶部时位移最大，位于底部时位移最小；考虑温度影响后，铜导体与光纤的应力会增大，同时海缆的拉伸与扭转刚度会降低，且逆扭转刚度的降低程度大于顺扭转刚度。

近些年我国对平滑铝护套电缆的关注度持续提高，但目前相关敷设方面的研究尚有不足。针对电缆敷设过程中由于导体发热引起的热机械应力可能造成的安全问题，本文建立了平滑铝护套电缆在垂直蛇形敷设下的有限元模型，计算分析了垂直蛇形敷设情况下电缆的热机械效应。结果表明：垂直蛇形敷设电缆通过产生蛇形弧的侧向滑移，使其由于热效应引起的轴向力远小于直线敷设电缆，满足电缆长期安全运行条件；随着温度的升高，垂直蛇形敷设的侧向滑移量逐渐增大且增加趋势和理论计算结果相符，轴向力先从拉伸力转变为压缩力后逐渐增大；通过适当增大垂直蛇形敷设电缆的弧幅和半蛇形节距，可降低电缆产生的轴向力。