聚丙烯（PP）绝缘是环境友好型可回收电缆绝缘材料的重要发展方向。但等规PP绝缘存在低温模量高、韧性差、断裂伸长率低的问题，通过共混或共聚方法在PP绝缘中引入弹性体虽可实现其力学性能的优化，但也导致其绝缘性能的严重下降。为此，本文综述了基于化学接枝改性的电缆绝缘性能强化方法的研究进展。首先对比分析了极性小分子、高能电子/光子捕获型小分子、自由基清除型小分子三类接枝单体对电缆绝缘空间电荷积聚、击穿、电树枝劣化等介电性能的影响规律及作用机理，并提出了化学接枝单体的优选方法。然后对溶液接枝、熔融接枝、固相接枝、悬浮接枝、辐射接枝等不同接枝改性方法进行了对比分析。最后，总结了聚丙烯电缆绝缘化学接枝改性方法目前存在的问题，并对化学接枝改性PP电缆绝缘材料的发展及应用进行了展望。

为研究直流电压下电压稳定剂对交联聚乙烯（XLPE）绝缘特性的影响规律，本文选取蒽醌（EK）作为电压稳定剂，通过物理共混制备含不同质量分数EK的XLPE复合材料。结合差示扫描量热分析（DSC）以及表面电位衰减、空间电荷和电导电流等测试，分析不同含量EK对XLPE直流绝缘特性的影响规律。结果表明：随着EK质量分数的增加，XLPE复合材料空间电荷积聚量、空间电荷注入深度、最大畸变场强和电导率均呈现先减小后增大的趋势。分析认为EK会改变XLPE内部陷阱分布特性，当EK质量分数不超过1%时，引入深陷阱为主。深陷阱的引入有利于均匀化电场，减少空间电荷积聚，抑制载流子迁移，进而减小直流电导率。当EK质量分数为1%时，对XLPE绝缘性能的提升效果最好。

针对高压电缆交联聚乙烯（XLPE）绝缘电树枝劣化与放电击穿问题，本研究选用两种三官能度三嗪类化合物（1,3,5-三聚氰酸三烯丙酯（TAC）和三烯丙基异氰脲酸酯（TAIC））和两种夺氢型苯酮类化合物（4-甲基二苯甲酮（MBP）和4,4′-二氯二苯甲酮（DCBP））作为光子捕获型电压稳定剂，制备XLPE复合绝缘材料。研究了光子捕获型电压稳定剂对XLPE复合绝缘材料电树枝劣化的影响规律，分析了光子捕获型芳香族化合物的光子捕获和激发特性及其化学反应路径，并采用量子化学计算探索了添加剂种类对电树枝劣化的抑制机理。结果表明：添加质量分数均为1%的DCBP和TAC可提升XLPE绝缘电树枝起始电压和起始时间；相比于XLPE绝缘，DCBP/TAC/XLPE复合绝缘在相同电压下的电树枝长度降低了16.3%，累积损伤面积降低了72.8%，局部放电最大幅值降低了29.7%，表现出最优异的局部放电抑制与耐电树枝特性。量子化学计算表明，MBP和DCBP具有较强的光子吸收特性，其中DCBP可吸收334 nm波长的光子，比MBP具有更高的反应活性，更易捕获局部放电产生的光子，阻碍光子对XLPE分子链的破坏。反应路径分析发现，DCBP分子捕获光子后进入激发态，将引发XLPE分子链的质子转移过程，促使TAC与PE分子链发生自由基交联反应，提高分子链局部稳定性，从而抑制XLPE绝缘电树枝劣化的过程。

液体添加剂对提升高压电缆交联聚乙烯绝缘材料加工特性和物理性能影响的研究尚不充分。本文以液体交联剂和抗氧剂为研究对象，探讨液体添加剂对交联聚乙烯抗焦烧性能、凝胶含量、交联副产物含量、热力学和介电性能的影响及其机理。结果表明：液体交联剂2,5-二甲基-2,5-双（过氧化叔丁基）己烷具有较高分解温度和参与交联的长链烷基，可同时提升交联聚乙烯绝缘材料的抗焦烧性能和凝胶含量，并降低交联副产物含量。而液体抗氧剂α-生育酚和山梨醇具有良好的相容性，二者可形成具有温度依赖性的质子转移反应，可以在保证材料凝胶含量的前提下提升材料的抗焦烧性能。此外，液体交联剂和抗氧剂能够提升交联聚乙烯绝缘的击穿性能，同时保证热力学性能。该研究证明了液体添加剂应用至高压电缆交联聚乙烯绝缘中具有可行性。

为研究挤出温度对高压电缆绝缘料介观尺度晶体形貌和综合性能的影响规律及其作用机理，本文通过控制挤出温度制备得到3种绝缘料，随后结合系统表征、电气与力学性能测试及仿真模拟，揭示绝缘料结晶形貌与综合性能的构效关系。结果表明：在挤出温度为120℃时，绝缘料呈现致密排布和均匀的晶体构型，结晶度和结晶尺寸达到最佳值，分别为42.28%和15.15 μm。结晶形貌的完善能够小幅提升绝缘料的介电常数并维持极低的介质损耗，同时大幅提升绝缘料的出胶量、体积电阻率、电气强度和断裂伸长率。依据仿真和试验结果相互验证可知，完整的晶体构型、较大的结晶尺寸和结晶度能够将无定型区域电场畸变程度降至最低，从而抑制局部放电和击穿的发生，此时绝缘料的电气强度达到最佳值（390 kV/mm）。

高压电缆半导电屏蔽料的挤出工艺技术对导电炭黑均匀分散和分布、导电炭黑与基体树脂界面相互作用至关重要。为了探究屏蔽料生产过程中工艺方法和工艺参数对屏蔽料结构和性能的影响规律，本文通过双螺杆挤出造粒和单螺杆挤出片材工艺，研究挤出温度和螺杆转速对屏蔽料微观形貌、电学性能、力学性能和表面光洁度的影响。结果表明：双螺杆挤出造粒工艺中较优的工艺参数是挤出温度为160℃、螺杆转速为120 r/min。在该工艺条件下，屏蔽料在23℃和90℃下的体积电阻率分别为9.6 Ω·cm和265.0 Ω·cm。在单螺杆挤出片材工艺中，当挤出温度和螺杆转速分别为105℃和50 r/min时，导电炭黑获得了足够的剪切作用力和分散时间，并有效防止了屏蔽料的预交联现象，因此屏蔽料表面没有出现直径大于50 μm的凸起。

本文对比研究了国内新型研发的高品质导电炭黑（CB）与国外主流高压半导电屏蔽料用导电炭黑的聚集体结构、微晶结构和表面化学性质，并研究了以导电炭黑为填料制备的半导电屏蔽料的综合性能。结果表明：国内外导电炭黑的聚集体形态、微晶相似，碳元素含量水平相近，但国产导电炭黑含有0.51%的硫元素，并且粒径均匀性更差，各类表面官能团含量与国外产品有明显差别。相比于国外产品制备的半导电屏蔽料，国产导电炭黑制备的半导电屏蔽料导电性能和力学性能与之持平，但表面光滑度较差且未能满足行业相关要求。因此，粒径均匀度、表面官能团含量、硫元素含量是后续国产导电炭黑结构优化与性能提升的重要方向，表面光洁度是国产高压半导电屏蔽料的重要攻关方向。

为了提升交联聚乙烯（XLPE）的耐热老化性能，本文采用不同含量的防老剂2-硫醇基苯并咪唑（MB）与PE共混，通过电子辐照工艺制备了MB/XLPE板材样品，研究了MB含量对XLPE交联程度、热延伸性能、绝缘性能、氧化诱导期和羰基指数的影响。结果表明：随着MB含量的增加，MB/XLPE的凝胶含量进一步下降，热延伸性能恶化，但体积电阻率基本维持不变。MB的加入可显著提升XLPE氧化诱导期和降低XLPE热老化后的羰基指数增长量。当MB的添加量为1质量份时，MB/XLPE试样的氧化诱导期由XLPE的0.9 min显著提升至80 min；在165℃下热老化168 h后，MB/XLPE的羰基指数仅从XLPE的0.04增长到0.06，表明MB可显著提升XLPE的耐热老化性能；结合Arrhenius公式，推断出该MB/XLPE在90℃下的寿命可达76.2年，约为一般XLPE的2.5倍。

为探讨接枝改性聚丙烯电缆绝缘材料的老化特性及其寿命评估方法，本文通过在不同温度下进行加速热老化试验，研究了接枝改性聚丙烯电缆在不同老化阶段的电学与理化特性变化，分析了熔融温度、相对介电常数、断裂伸长率等关键特征参数与老化时间的关系。结果表明：熔融温度、电气强度、断裂伸长率等参数与老化时间呈明显相关性，可作为评估接枝改性聚丙烯电缆绝缘材料老化程度的有效指标。

为了研究交联聚乙烯电缆绝缘在直流电场下的空间电荷输运行为与极化/去极化电流之间的内在关联性，基于电声脉冲（PEA）法搭建了空间电荷和电流联合测量平台，对不同老化时间的XLPE电缆绝缘试样进行了联合测量，利用空间电荷和电流的联合变化数据，评估了XLPE试样内的电荷总量、载流子迁移率和陷阱分布等参数。结果表明：在室温及20 kV/mm下，试样内部出现明显的同极性电荷积聚，随着测试温度升高，电荷积聚转变为异极性。随着老化时间的增加，试样内部积聚的同极性电荷先增加后减少，正极性电荷的积聚范围由阳极附近扩展至阴极附近；试样的极化、去极化电流下降速率降低，极化电流稳定值增加，去极化电流先增大后减小。随着老化的进行，试样内的电荷总量先增加后减少，试样的电导率和载流子迁移率均上升，其中载流子迁移率在老化10天后显著增加，使电荷积聚范围逐步从阳极附近扩展到更远，导致试样内电荷积聚总量显著下降。XLEP试样的陷阱深度随老化时间增加逐渐加深，这是老化试样去极化电流衰减速率随之下降的原因。

为研究高压电缆阻水缓冲层的烧蚀机理并揭示其临界条件，本文测定不同含水率下阻水缓冲层材料的介电性能参数。通过构建基于重力影响的三维非轴对称皱纹铝护套结构电缆几何模型，开展电-热-流多物理场耦合有限元仿真，并结合恒流模拟烧蚀试验系统进行试验验证，实时监测烧蚀过程中的电压和温度变化特征。结果表明：接触不良与受潮是引发烧蚀的必要条件，当铝护套与缓冲层接触不良时，接触良好位置附近的空隙处会产生电场集中，含水率达到5%时即可引发局部放电。接触良好区域的缓冲层因容性电流集中产生局部温升，含水率达到25%时局部温度可达烧蚀起始阈值。从试验结果可以看出，烧蚀现象仅在铝电极与缓冲层接触不良时发生，接触良好时仅出现电化学腐蚀。电化学腐蚀会产生高阻白色粉末，使得电压和温度稳定上升，伴随局部放电的发生，此时电压最高可达147 V，温度最高可达187.8℃，导致缓冲层部分聚酯纤维熔断，进一步引发电流集中，最终导致阻水缓冲层材料的热击穿。

为了研究高压电缆缓冲层烧蚀的临界条件，本文针对实际电缆烧蚀致绝缘屏蔽损伤的类型进行分类总结，通过有限元仿真构建三维不对称高压电缆模型，分别研究了干燥和潮湿条件下高压电缆烧蚀发展过程及其对绝缘屏蔽造成损伤的机理，并对比分析两种条件下烧蚀的难易程度。结果表明：干燥条件下绝缘屏蔽层损伤源于电缆长段不良接触导致的电流热效应，不良接触达到7.5 m时缓冲层表面电流密度高达442 A/m²，温度为200℃；潮湿条件下绝缘屏蔽层损伤源于电化学腐蚀高阻性产物生成导致的电流热效应，高阻性产物在电流密度与温度集中的区域会贯穿缓冲层，被白色粉末覆盖比例达到97.9%时缓冲层表面电流密度高达416 A/m²。仿真结果能够与实际烧蚀故障电缆的解体情况对应良好，验证了本文分析结果的合理性。

本文提出了一种基于多尺度相关特征融合卷积神经网络的高压XLPE电缆缺陷评估方法。该方法基于数据驱动，通过训练卷积神经网络，建立特征气体浓度与缺陷类型之间的潜在关系模型，从而根据特征气体浓度诊断电缆缺陷。首先采用基于均值漂移的数据增强技术获取模拟数据，接着设计一种基于多尺度相关特征融合的1D卷积神经网络，最后利用该卷积神经网络基于模拟数据进行训练并进行缺陷识别。结果表明：该方法在模拟数据测试集和真实基础数据上的缺陷识别准确率分别为92%和88%，表明该方法能够有效地利用特征气体浓度实现电缆缺陷的诊断。

为了解决目前电力电缆监测手段相对单一、缺少多参量综合监测判断的问题，本文集成电缆接头的各类局放信号，提出基于深度学习融合证据理论的电缆接头故障监测方法，对电缆接头无缺陷、内部绝缘缺陷、接头受潮三类情况进行了故障识别研究。根据卷积神经网络算法模型，分别对各类局放信号图谱进行训练和测试，再通过D-S证据理论进行数据融合，实现故障类型识别。结果表明：对于内部绝缘缺陷、接头受潮情况，单一信息源识别效果最好的为高频局部放电，其平均识别率能达到85.6%，超声法识别率最低，其平均识别率为78.7%，而本文提出的识别方法平均识别率达到95.7%；当多维信息源中某一信息源的识别结果出现误判时，通过D-S证据理论融合能够排除错误信息源的干扰，准确识别放电类型。

为提升电缆绝缘状态评估的精度，本文提出了一种基于贝叶斯优化（BO）算法与轻量级梯度提升机（LightGBM）算法的电缆绝缘状态评估方法。首先将数据集中所有特征进行组合，形成不同的特征子集，通过遍历所有的特征子集，找到五折交叉验证的准确率最高所对应的特征组合，完成对输入特征的筛选。然后使用BO算法对LightGBM中的7个超参数进行寻优。最后利用本文所提出的BO-LightGBM算法完成对电缆绝缘状态的评估。结果表明：本文提出的特征子集法与主成分分析法和互信息筛选法相比能更好地提升模型表现；经过BO算法优化后，LightGBM模型的精度能得到进一步的提升，与粒子群优化算法（PSO）和遗传算法优化（GA）相比，BO算法的计算效率能在几乎相同的精度下分别提升约80%和86.9%；与其他常用机器学习算法进行对比，本文模型的相关性能指标均为最优。

中压电缆热缩终端常出现局部异常发热现象，该现象会加速电缆绝缘老化，甚至导致电缆绝缘过早失效。为了揭示中压电缆热缩终端异常发热原因，本文基于电磁-热耦合对电缆热缩终端在各种典型故障条件下的电热场进行仿真。结果表明：在电缆长期运行过程中，当应力控制管发生老化，会导致绝缘局部温升现象，且老化越严重，温升数值越高。此外，当终端外表面因积尘受潮形成污秽且污秽层位于外半导电层断口附近时会形成明显热点，而当污秽层远离断口时，则热点衰退。进一步分析应力控制管内外部受潮下的终端热场分布发现，只有内部受潮时才会引起热点出现。根据所建立的考虑终端内部缺陷热点的热路模型，实施温度反演对热缩终端内部绝缘界面最高温度点进行监测，验证了该方法的有效性。

为研究水对充油电缆终端击穿位置的影响，仿真分析了水引起的220 kV充油电缆终端的故障原因，并在实验室搭建了电缆试验平台，模拟验证了接地状态与电场强度对击穿位置的影响，并采用高频电流局放检测仪及摄像机分别记录了电缆在不同接地状态和电场强度下的局部放电量与水膜高度。结果表明：油中水含量、接地状态及电场强度是影响充油电缆终端故障点位置的重要因素。当水浸入电缆终端并达到一定量且电缆终端直接接地时，电场强度越高，水分子从油-水界面逸出越多，水膜高度越高，击穿点距离应力锥上表面的距离越长，局部放电量越大。局部放电程度与水膜高度正相关，可以通过局部放电评估电缆终端内硅油劣化缺陷程度，为充油电缆终端绝缘状态评估提供参考。