在气体绝缘开关设备（GIS）及气体绝缘输电线路（GIL）向高电压、大容量方向发展过程中，其内部绝缘子气-固界面的绝缘性能被认为是影响GIS/GIL设备运行安全的关键因素。为保证GIS/GIL设备在工程应用中的绝缘安全，明确气-固界面绝缘失效机制、探索气-固界面绝缘性能提升方法尤为重要。本文首先梳理气-固界面绝缘领域的研究进展，分析气-固界面电荷动态行为机理及其影响因素，介绍气-固界面电荷调控方法。然后讨论金属微粒影响界面绝缘失效的机理，总结金属微粒运动特性及防控措施。接着介绍环境友好型绝缘气体中的气-固界面绝缘特性，并总结气-固界面电场调控及闪络电压提升方法。最后，展望了GIS/GIL内部绝缘子气-固界面绝缘的研究方向。

掌握直流预闪络时刻表面电荷分布规律对理清电荷诱发闪络的内在机制至关重要。本文基于平板绝缘结构研究了环氧树脂直流预闪络时刻的表面电荷分布特性及其对闪络电压幅值的影响。分别在试样表面有无预置电荷两种测试条件下获取了外施电压升高至闪络发生过程中的表面电荷动态分布，并通过引入SiC环氧复合涂层来改变试样表面状态以对比分析闪络触发过程中的电荷主导积聚方式和临近闪络发生时的电荷积聚模式。结果表明：外施电压升高至闪络发生过程中试样表面以同极性电荷积聚为主，且电荷积聚模式在闪络触发过程中呈现从微电荷区向电荷激增区的过渡现象，临近闪络发生时同极性电荷几乎占据整个试样表面，而预置电荷则主要通过改变预闪络时刻的同极性电荷积聚量来影响闪络电压幅值。

为了研究疏水涂层对硅橡胶表面电荷积聚特性的影响，本文以疏水气相二氧化硅（SiO₂）颗粒为填料制备疏水涂层，然后利用静电容探头测量了正极性和负极性电晕下表面涂覆不同含量SiO₂颗粒疏水涂层的硅橡胶表面电荷分布情况，并测试了涂覆不同含量SiO₂颗粒疏水涂层的硅橡胶表面微观形貌、静态接触角、表面电阻率和直流沿面闪络电压。结果表明：硅橡胶表面的静态接触角随着疏水涂层中SiO₂颗粒含量的增加而增大。然而，表面涂覆疏水涂层会加剧硅橡胶表面电荷积聚的严重程度，当疏水涂层中SiO₂颗粒的质量分数为2%、6%、10%时，硅橡胶表面积聚的最大表面电荷密度分别增加了5.03%、20.11%、24.06%，并且导致硅橡胶表面电阻率和直流沿面闪络电压下降。分析认为疏水涂层表面会产生更多间隙和孔洞，从而促进对电荷的捕捉和吸附，使得电荷难以消散。

电缆附件绝缘界面处的水分入侵是导致电缆附件电气击穿和绝缘失效的主要原因。然而，目前关于水分对界面放电及击穿的作用机制尚不清晰，为此本文通过实验与仿真对电缆附件绝缘界面在水分作用下的击穿失效原因进行分析与研究。首先，通过实验描述干燥界面和潮湿界面击穿过程中的放电演变特性。然后，结合放电产物和电场分析，解释了水分对界面击穿发展的作用机制。最后，通过一个现场案例证实了所提的绝缘界面在水分作用下击穿机制的合理性。结果表明：绝缘界面击穿过程中放电分阶段发展并会产生气体；气体所形成的气泡区域会发生严重的电场畸变，降低界面的电气强度；气泡的动态运动也增加了界面放电随机性，使得界面击穿过程伴随有多次随机路径的离散电弧放电。

为了研究含电压稳定剂修复液对受潮XLPE/SiR界面的修复效果及其增强作用机制，选用不同粒度砂纸打磨XLPE并制备XLPE/SiR界面试样。首先，通过表面轮廓仪测量界面粗糙度，并进行界面击穿实验。接着，对XLPE/SiR界面试样进行受潮实验。随后，选取抗氧剂300和二茂铁两种电压稳定剂，配置了5组不同含量修复液并对受潮界面样本进行修复。对修复前后界面样本进行表面轮廓测量、傅里叶红外光谱（FTIR）分析、极化-去极化电流（PDC）测试和击穿电压测试。结果表明：界面击穿电压随着表面粗糙度的增大而降低，而受潮会增大界面直流电导率和介质损耗因数，并导致界面击穿电压降低。修复后，界面粗糙度、直流电导率和介质损耗因数减小，修复产物能均匀空腔与固体介质间的电场，显著提升界面击穿电压。此外，添加抗氧剂300和二茂铁的修复液均能提高界面击穿电压，其中二茂铁对受潮界面绝缘性能的提升效果更好。

为研究阳极氧化技术在提高环氧树脂与铝电极界面性能中的应用，本文对铝合金进行不同时间的电解，在铝基底表面形成阳极氧化膜。对阳极氧化膜的形貌、成分、结构和电气性能进行了表征，并分析了阳极氧化膜对环氧树脂和铝界面粘接、介电性能的影响。结果表明：阳极氧化后，可形成具有纳米多孔结构的非晶态氧化膜。随着电解时间的增加，氧化膜厚度呈线性增加，但同时其内部缺陷增加，体积电阻率和电气强度降低。阳极氧化膜表现出较高的介电常数和介质损耗因数，并且在25～125℃下保持稳定。得益于阳极氧化膜的纳米多孔结构和极性键，阳极氧化后铝基板与环氧树脂的粘接剪切强度从6.76 MPa提升至10.89 MPa，粘接拉伸强度从6.89 MPa提升至9.78 MPa；冲击强度从66.21 kJ/m²提升至76.42 kJ/m²；弯曲强度从147.65 MPa提升至180.50 MPa。阳极氧化膜提高了铝-环氧体系的电气强度，界面极化使铝-阳极氧化膜-环氧复合结构的介电常数和介质损耗因数略高于铝-环氧结构。在高压直流电场中，空间电荷主要积聚在电极和介质的界面上，阳极氧化膜可以抑制电荷注入到介质中。因此，阳极氧化作为一种有效的界面改性方法，可提升铝电极和环氧树脂的力学性能和电气性能。

高压电缆屏蔽层与绝缘层之间的界面特性是决定电缆服役寿命和运行可靠性的关键因素。本文从调控导电炭黑（CB）分散性角度出发，开展高压电缆屏蔽层与交联聚乙烯（XLPE）绝缘层的界面特性影响研究。制备了两种配方体系的半导电屏蔽料，并选取进口半导电屏蔽料作为对比样，综合评估了屏蔽层与绝缘层的力学、热学和电学匹配性。结果表明：在基体树脂中引入高分子分散剂聚乙烯吡咯烷酮（PVP）能够显著改善CB的分散性。屏蔽层与绝缘层的力学匹配性主要受到交联的影响，良好的交联匹配性能够提高界面的结合力，避免剥离现象。PVP改性后的屏蔽层在热膨胀系数方面与绝缘层具有更佳的热学匹配性，导热性能也优于进口屏蔽料。同时，CB分散性的改善优化了屏蔽层与绝缘层的电学匹配性，提升了屏蔽-绝缘界面的交流电气强度。

为研究绝缘木浆打浆过程中纤维特性及其对电解电容隔膜性能的影响，通过Valley打浆机获得不同打浆度的纤维用以制备电解电容隔膜，并测试其力学性能及电气性能等关键指标。结果表明：随着打浆时间的增加，绝缘木浆的打浆度提高，纤维长度降低，帚化度上升。随着打浆度的提高，所制备的隔膜表面孔隙结构明显减少，隔膜的紧度、抗张强度及电气强度提高。此外，随着打浆度的提高，隔膜的吸液性能下降，单位厚度的等效串联电阻（ESR）提高。

厚膜加热已成为新能源汽车热管理的主要应用方案之一。为满足新能源汽车热管理的应用需求，有必要开发可用于铝基厚膜加热元件的介质浆料。本文利用无机玻璃工程师系统内置的机器学习模型进行性质预测，辅助铝基厚膜加热元件介质层绝缘玻璃的配方开发，并进行实验验证。结果表明：最优配方制备的玻璃可在580℃下烧结，热膨胀系数为18.8×10^-6℃^-1，当介质层厚度>110 μm时，其击穿电压>1.29 kV，泄漏电流小于0.21 mA，可满足铝基厚膜加热元件介质层的使用要求。

本文分别选用环氧丙烷-四氢呋喃共聚醚或聚四氢呋喃醚二醇作为聚合物多元醇，甲苯二异氰酸酯（TDI）、二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）以及3,3′-二甲基-4,4′-联苯二异氰酸酯（TODI）作为固化剂，并添加适量二氧化硅气凝胶，成功研发出不同类型聚氨酯灌封材料。对各类聚氨酯灌封材料的力学、工艺、耐低温、耐高温、耐高低温冲击以及绝缘性能等进行系统性分析。结果表明：以环氧丙烷-四氢呋喃共聚醚与TODI为主要成分，并添加质量分数为0.5%的二氧化硅气凝胶所制备的聚氨酯灌封材料，展现出卓越的工艺性能、力学性能以及绝缘性能，同时对高低温冲击展现出极高的耐受性。该材料的玻璃化转变温度低至-69.3℃，在-60℃下的压缩耐寒系数可达0.54；其5%热失重温度高达302.3℃；经历-65～125℃的循环冲击20次后，材料拉伸强度保持率高达93.5%，尺寸变化率仅为-0.6%，并且仍然保持着良好的绝缘性能，体积电阻率达到4.2×10¹² Ω·cm，电气强度为25 kV/mm。

针对变压器油长期运行后出现的老化问题，本文设计制备出葡萄糖碳-凹凸棒土（GLU-APT）、淀粉碳-凹凸棒土（AL-APT）以及聚多巴胺碳-凹凸棒土（PDA-APT）3种复合吸附材料，用于退役变压器油的再生研究。通过X-射线衍射、场发射扫描电子显微镜、拉曼光谱、傅里叶变换红外光谱和N₂吸附-脱附测试对复合材料进行结构和形貌表征。结果表明：3种复合材料对退役油的脱色和降酸值效果较APT明显提升，其中GLU-APT对退役油的再生效果最佳。当GLU-APT吸附剂与废油质量比为1∶2、吸附时间为1 h、吸附温度为90℃时，再生油的脱色率可达到88.2%，酸值降至0.010 mgKOH/g，5次循环再生后可保持90%的吸附性能。

以苯乙烯-丁二烯-苯乙烯（SBS）为树脂基体，SiO₂为填料，采用双辊开炼机和平板硫化机通过热压法制备SiO₂/碳氢高频板。探究树脂膜成型方法，以及在开炼机制膜下不同含量、形貌的SiO₂对碳氢高频板介电性能、剥离强度、导热性能、拉伸性能和吸水率等的影响。结果表明：相较于传统溶剂法制备的树脂胶膜，利用开炼机进行无溶剂制膜在复合树脂成型及材料性能等方面有明显优势；随着SiO₂含量的增加，碳氢高频板的介电常数、介质损耗增大，剥离强度和吸水率均降低；填充相同粒径、含量的SiO₂时，球形SiO₂/碳氢高频板的介电常数、介质损耗因数和吸水率低于角形SiO₂/碳氢高频板。当球形SiO₂质量分数为75%时，碳氢高频板的综合性能较优，介电常数低于3.3，介质损耗因数为0.002 2，吸水率低于0.04%。

电缆终端结构材料与绝缘油的相容性对于电缆的安全稳定运行具有重要影响。本文通过分析电缆终端应力锥材料硅橡胶、乙丙绝缘自粘带和卤化丁基+乙丙防水绝缘带在相容性试验前后的形貌、溶胀性能和力学性能变化以及聚异丁烯在相容性试验前后的理化性能和介电性能变化，并结合衰减全反射傅里叶变换红外光谱和热重分析等手段，研究了电缆终端材料与聚异丁烯的相容性。结果表明：应力锥材料硅橡胶与聚异丁烯的相容性良好，乙丙绝缘自粘带和卤化丁基+乙丙防水绝缘带与聚异丁烯的相容性不佳，浸渍绝缘带材的聚异丁烯的理化性能和介电性能在相容性试验后也发生了劣化。

为探明干式空心电抗器包封绝缘材料在分子层面的热老化机理，本研究在180℃下对环氧/玻璃纤维复合材料进行了336 h的加速热老化试验，并采用红外光谱、介电谱及交流电气强度测试表征老化后环氧/玻璃纤维复合材料的官能团、分子链段运动、活化能及交流电气强度演变特性。模拟计算并探讨了老化过程中化学结构变化及分子链段运动特性演变导致的活化能下降对交流电气强度的影响。结果表明：老化过程中会产生大量以酯基、酮基为主的羰基基团和小分子链。这些小分子链和极性基团会极大增加环氧基体内部自由体积和自由电子数量，使链段运动逐渐增强，活化能降低，最终导致绝缘性能大幅下降。

室温硫化硅橡胶（RTV-SiR）是一种重要的高压绝缘子涂层材料，RTV-SiR长时间承受外界环境刺激下的老化行为是其现场应用中需要考虑的重要问题。本研究在RTV-SiR中加入纳米二氧化硅（SiO₂）和三水合氧化铝（ATH）制备涂层复合材料，对复合涂层样品进行9 000 h长期加速老化，并对其微观形貌、疏水性等级（HC）、泄漏电流、傅里叶红外变换光谱（FTIR）、电气强度以及机械强度等进行测试，分析SiO₂和ATH填料填充RTV-SiR后的老化特性。结果表明：在RTV-SiR中添加SiO₂和ATH填料后，复合涂层的抗降解能力以及在老化过程中的耐环境应力能力增强，保持了良好的疏水性能；与RTV-SiR相比，添加SiO₂和ATH填料的样品老化后的泄漏电流增长幅度相对较小，电气强度相对较高；FTIR分析表明，RTV-SiR一些重要吸收峰强度在老化过程中损失率更高，且几乎都无法恢复，而添加SiO₂和ATH填料的样品吸收峰强度则表现出损失-恢复特性；添加SiO₂和ATH填料的样品在老化处理后拉伸强度、断裂伸长率和硬度下降幅度相比纯RTV-SiR更低，说明其更耐老化。

为了抑制高压直流穿墙套管内绝缘的表面电荷积聚、改善其闪络性能，使用氟/氮混合气体在相同条件下对套管支撑绝缘子用环氧树脂和管体用环氧树脂进行了表面氟化改性对比研究。结果表明：氟原子通过取代氢原子和加成碳-碳双键分别引入到两种环氧树脂的表层并形成C-F键。氟化伴随有断链发生，断链主要发生在交联点。由于环氧值的不同，两种环氧树脂显现出不同的交联密度。SEM图像显示两种环氧树脂有不同的氟化层厚度和表面形貌。表面电位衰减测试和表面电导率测量表明氟化不同程度地增加了两种环氧树脂的表面电导率，抑制了它们的表面电荷积聚。闪络试验表明氟化显著地提高了两种环氧树脂的直流闪络电压，且提升幅度相当。

气体绝缘输电线路（GIL）的温升特性决定了其通流容量，为掌握全氟异丁腈（C₄F₇N）混合气体和干燥空气这两类典型环保绝缘气体的温升特性，对126 kV三相共箱型气体绝缘输电线路的温升过程进行仿真，根据仿真结果建立温升试验平台，开展了不同气体介质、不同通流等条件下的温升试验。结果表明：在相同通流条件下，C₄F₇N/CO₂混合气体与干燥空气在典型应用参数下的温升接近，但均高于SF₆气体的温升；当通流为3 150 A时，充入C₄F₇N/CO₂混合气体与干燥空气均可满足设备温升不超过75 K的要求，但当通流为3 465 A时，充入C₄F₇N/CO₂混合气体与干燥空气均无法满足设备温升要求；同时还发现，分别充入3种气体时B相温升均高于A、C相，符合仿真结果和热对流过程，说明在126 kV三相共箱型GIL的温升设计中需要重点考虑B相导体的最高温升。