针对大型发电机定子绕组用环氧树脂（EP）长期受电、热应力耦合劣化作用而绝缘失效的问题，亟需制备兼具良好导热能力和机械强度的环氧树脂复合电介质。本研究以环氧树脂为基体，利用碳化硅颗粒（SiCp）作为非线性电导特性基元，高长径比碳化硅纳米线（SiCn）作为网络骨架，制备了不同SiCn、SiCp含量的SiCn@SiCp/EP复合电介质。结果表明：SiCn与SiCp互配桥接形成的多尺度三维功能网络，为外部应力和内部声子提供了传输通道，复合电介质的拉伸强度、韧性、导热系数分别达到64.8 MPa、1.86 MJ/m³、0.326 W/(m·K)；同时受逾渗网络影响，复合电介质在较低SiC含量下具备优异的非线性电导特性，非线性系数高达7.79，阈值场强仅为2.12 kV/mm。利用同种物质的不同形态互配避免了以往异质多元填料间因界面相互作用差异而带来的复杂问题。

采用脂环二酐1S,2R,4S,5R-氢化均苯四甲酸二酐（ccHPMDA）和1R,2S,4S,5R-氢化均苯四甲酸二酐（ctHPMDA）分别与两种芳香族二胺9,9-双[(4-胺基-3-甲基)苯基]芴（MFDA）、2,2′-双甲基联苯胺（DMBZ）通过一步高温溶液缩聚法制备了4种具有半脂环结构的有机可溶性聚酰亚胺（PI）树脂。将上述4种树脂溶解于N,N-二甲基乙酰胺后经高温烘烤制备了相应的4种PI薄膜，并对PI薄膜的热性能、光学性能和力学性能进行了测试。结果表明：六元环己烷环、庞大的芴取代基、邻位甲基取代基和刚性联苯等功能基团赋予了上述PI薄膜优异的热稳定性，4种薄膜的玻璃化转变温度均高于400℃，在氮气中的5%热失重温度高于500℃。同时，4种PI薄膜还显示出良好的光学透明性，在450 nm波长处的透光率均超过84.8%，黄-蓝指数为1.09～2.15，雾度为0.16%～1.21%。此外，基于DMBZ的PI薄膜表现出更优的力学性能，拉伸强度与拉伸模量分别超过118 MPa与3.8 GPa。

针对无胶型挠性覆铜板（FCCL）用热塑性聚酰亚胺（TPI）的溶液加工性差、介电常数高和粘接性低的问题，本文通过溶液共缩聚和化学亚胺化两步法合成了一种可溶解的含酯基TPI（PI-10），再用双环戊二烯环氧树脂（HP7200）对其进行化学改性并制成FCCL。首先通过FTIR和¹H-NMR确认了PI-10的化学结构，然后测试了其有机溶解性和分子量，接着通过非等温DSC分析研究了HP7200改性PI-10（PI-10/HP7200）固化动力学行为及工艺，最后对PI-10、PI-10/HP7200以及制备的FCCL性能进行了研究。结果表明：PI-10具有较好的有机溶解性和较高的分子量。与PI-10相比，PI-10/HP7200薄膜的拉伸强度由（97.37±1.68）MPa提高到（102.25±4.77）MPa，10 GHz下的D_k由3.10降低到2.83；但其T_g由213.5℃降到204.2℃，T_d5由496.9℃降到451.8℃、50～150℃内CTE由66.20×10^-6℃^-1提高到73.75×10^-6℃^-1，吸水率由2.59%增加到3.57%，10 GHz下的D_f由0.009 5增加到0.015 8。此外，PI-10/HP7200显著提高了所制备FCCL的90°剥离强度，在不牺牲其他指标的前提下该值较PI-10最大提升了约77%，达到2.12 N/mm。

本文首先以均苯四甲酸酐（PMDA）分别与4,4′-二氨基二苯醚（ODA）和对苯二胺（PPDA）合成二元共聚聚酰亚胺前体聚酰胺酸PAA-A和PAA-B，再通过热酰亚胺环化分别得到聚酰亚胺PI-A和PI-B。随后通过PAA-A与PAA-B反应得到嵌段共聚聚酰胺酸PAA-AB，再同样通过热酰亚胺环化得到嵌段共聚聚酰亚胺PI-AB。最后表征3种PI的化学结构、聚集态结构和断面形貌，测试并分析3种PI的力学性能、介电性能、电气强度和电子结构。结果表明：第三单体PPDA、ODA的引入并没有引起PI-AB缺陷的形成，且由于化学结构的改变，PI-AB的分子链间距较PI-A略有增加，进而使其玻璃化转变温度较PI-A有所下降。PI-AB电气强度相较于PI-A提高了6.18%，PI-AB的介质损耗因数在频率范围内均低于0.07，PI-AB的禁带宽度较PI-A更大，电子不易跃迁，表明PI-AB具有更优异的绝缘性能。

为了提高PVDF基聚合物电介质薄膜的储能性能，本文采用溶液浇铸法制备层状结构聚合物纳米复合材料。中间层使用体积分数为30%的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）抑制能量损失，外层为聚偏氟乙烯-六氟丙烯（P(VDF-HFP)）提供高介电常数，无机BaTiO₃（BT）纳米陶瓷颗粒填料均匀分散在外层中。通过调控填料比例，研究其对复合材料介电常数、电气强度和储能密度的影响，以及不同循环次数、不同区域下薄膜储能性能的耐久性和稳定性。结果表明：添加低含量BT可以提高薄膜的介电常数，抑制介质损耗，且降低泄漏电流密度。添加质量分数为5%纳米填料的复合材料在425 kV/mm电场下的放电能量密度高达15.5 J/cm³，高于大部分文献报道的PVDF及其共聚物基复合材料的储能密度。10 000次循环和在8个不同区域的放电能量密度变化率分别不超过19%和7%。

为解决聚酰亚胺（PI）与聚偏氟乙烯（PVDF）共混时两相界面相容性差的问题，采用共聚的方式将-CF₃基团引入到PI主链中得到含氟共聚聚酰亚胺（FPI），再将FPI与PVDF共混制备FPI/PVDF全有机复合薄膜。测试复合薄膜的化学结构、微观形貌、热稳定性和力学性能，重点分析复合薄膜在高温下的介电性能和储能性能。结果表明：将-CF₃基团引入PI主链后，FPI与PVDF两相之间的界面间隙减小至100 nm以下，在高温下复合薄膜的电导损耗得到显著抑制。PI与PVDF之间相容性的改善，显著降低了复合薄膜在高温下的介质损耗因数，提高了复合薄膜介电常数的频率稳定性与温度稳定性。当PVDF质量分数为5%且FPI中4,4′-(六氟异丙烯)二酞酸酐（6FDA）摩尔分数为30%时，FPI/PVDF复合薄膜在150℃下的电气强度达到515.30 kV/mm，最大储能密度达到2.96 J/cm³，比相同PVDF含量且未经氟化界面改性的PI/PVDF复合薄膜提升了85.0%。此外，6FDA与PVDF的引入有助于增加复合材料的陷阱密度与深陷阱能级，进而提升复合薄膜高温储能性能。

本文对含矿物油和月桂酸乙酯的混合绝缘油进行工频击穿试验，对比分析矿物油、月桂酸改性酯以及混合绝缘油的绝缘击穿特性，并建立了含H₂O和H₃O⁺的绝缘油模型，通过分子动力学仿真阐释了月桂酸乙酯对混合绝缘油工频击穿特性的微观影响机理。结果表明：月桂酸乙酯和混合绝缘油在2 mm油隙下的击穿电压分别比矿物油高29.8%和20.8%。矿物油、月桂酸乙酯和混合绝缘油的失效场强分布为5.62～12.9 kV/mm，月桂酸乙酯和混合绝缘油的失效场强均高于矿物油。相比于矿物油分子，月桂酸乙酯与H₂O、H₃O⁺之间的氢键数量更多、相互作用能更大，自由体积分数更小。综上，H₂O、H₃O⁺等杂质在月桂酸乙酯和混合绝缘油中的扩散运动受到抑制，难以形成导电“小桥”，月桂酸乙酯及混合绝缘油的绝缘性能优于矿物油。

为了研究SiC逆变器特性对牵引电机绕组电压分布的影响，本文首先提出了考虑导体邻近电容效应的电机绕组高频分布参数的等效电路模型；其次分析了SiC逆变器输出单相脉冲和三相脉冲下的绕组电压应力分布特性，并利用试验测试平台验证了模型分析结果的正确性；最后分析了SiC逆变器的开关频率、dv/dt和接地方式对绕组电压应力分布的影响。结果表明：单相脉冲作用下，绕组的最大对地电压应力出现在另外两相的接近逆变器绕组上；三相脉冲作用下，最大对地电压应力均出现在本相的中间位置绕组上；开关频率不会影响绕组对地电压应力和匝间电压应力最大值；dv/dt会严重影响绕组匝间电压应力分布，当dv/dt由2.0 kV/μs增加到15.0 kV/μs时，匝间电压应力最大值会提升3倍左右；不同的接地方式对绕组对地电压应力分布的影响较大，采用1/2接地系统时，绕组对地电压应力最小。

米级长空气间隙放电的发射光谱对于揭示其微观物理特性和放电机制具有重要意义。本研究搭建了2 m棒-板正极性长空气间隙放电实验平台，采用无狭缝透射光栅和高速摄像机，在标准操作冲击电压下获取了先导放电通道400～900 nm的发射光谱。通过对主放电通道6个不同位置的光强分布和光谱特征进行对比分析，揭示了空气间隙击穿前后的光谱演变规律，并结合等离子体光谱理论，进一步估算了放电通道不同位置的电子温度，获取其时空演变特性。结果表明：光谱不同波长区域的辐射对应于不同电离态和元素的谱线，在主放电阶段，离子谱线（如NII）迅速增强，而中性原子谱线（如NI和OI）发展较慢；击穿过程中，放电通道的可见光区域（NII谱线）和近红外区域（NI和OI谱线）同时出现强烈辐射，且均达到峰值强度；基于玻尔兹曼图法，利用NII和OI特征谱线组分别估算得到放电核心通道和电晕鞘层的平均电子温度，并发现放电通道电子温度随时间呈快速下降趋势。

热塑性聚丙烯电缆因其可回收利用、制造工艺简单高效、能耗低，且具有良好的电气及力学性能而得到广泛应用，但对其绝缘老化状态的评估方法研究较少。本文对3种聚丙烯进行实验室加速热氧老化，利用红外光谱和紫外光谱表征老化后聚丙烯羰基基团含量的变化，并基于该变化规律研究其与断裂伸长率的关联性，以评估各聚丙烯的老化程度，最后利用老化200天试样验证评价方法的准确性。结果表明：红外光谱测得3种PP的羰基指数随老化时间的增加变化规律差异性较大，且其与断裂伸长率的数据不具有相关性，难以有效表征聚丙烯的老化程度。而紫外光谱检测显示，聚丙烯老化过程中羰基含量随老化时间呈线性增长规律，基于该规律可建立羰基含量与断裂伸长率的关联关系。以老化200天试样进行验证发现，3种聚丙烯的实际断裂伸长率与由羰基含量计算得到的预测值之间的差异较小，其中共聚聚丙烯PPB1和PPB2的误差分别为5.02%、6.55%，共混聚丙烯PPH的误差略大，为16.54%，利用紫外光谱评价聚丙烯老化程度的方法准确性较高。

为了实现油浸式变压器油-纸绝缘性能的提升，本文利用六甲基二硅氮烷添加介质阻挡放电等离子体对纤维素绝缘纸进行改性处理，并检测改性绝缘纸表面和截面的物理形貌和化学成分，研究媒质流速对绝缘纸性能和油-纸绝缘性能的影响。结果表明：在媒质流速为15 mL/min的条件下，油-纸绝缘性能显著提升，改性绝缘纸的介电常数下降至2.5，闪络电压和电气强度分别提升了33.8%和25.0%，水接触角提升了194.3%，吸水性下降了44.9%。含硅薄膜沉积在绝缘纸表面并深入纤维内部，可引入深陷阱限制电荷移动并利用憎水物质填充纤维孔隙，低极性薄膜的引入降低了绝缘纸介电常数，减少了油-纸界面电场畸变并提升了油-纸界面结合能力，进而提升油-纸绝缘性能。

针对时频域反射法（TFDR）在识别和定位地铁电缆缺陷时的时频分辨率较低、存在交叉项干扰等问题，本文提出参数化重采样时频变换（PRTF）方法作为TFDR测试信号的时频分析方法。PRTF方法采用高斯包络线性调频信号作为测试信号，并结合动态重采样算子与自适应时频原子分解技术，进一步引入归一化时频互相关函数，通过局部峰值提取时延信息，以实现缺陷点的精准定位。仿真实验以地铁用阻燃B₁级柔性控制电缆为研究对象，在距离首端3 900 m处预设缺陷，以验证本文方法的有效性。结果表明：与传统Wigner-Ville分布（WVD）、短时傅里叶变换（STFT）及连续小波变换（CWT）方法相比，本文方法定位误差仅为5.5 m，且时频互相关函数曲线无干扰项，而WVD方法存在明显干扰项，STFT和CWT方法的定位误差均大于16 m。本文方法显著提高了地铁电缆微弱局部缺陷的检测灵敏度与定位可靠性。

为提高变压器内部局部放电源定位的精准度，本文提出了一种基于蛇优化（snake optimization，SO）算法的变压器局部放电声-电联合定位方法，并建立了变压器内部局部放电源的三维模型，通过使用特高频传感器与超声传感器仿真测试了不同方法对典型局部放电源位置的定位效果。结果表明：相较于传统定位算法，SO算法具有较强的全局搜索能力与快速收敛性能，可更好地跳出局部最优陷阱。通过变压器局部放电定位实验平台，模拟实体变压器局部放电过程，发现基于SO算法的局部放电声-电联合定位方法的综合定位误差均小于50 mm，且定位稳定性高。

电力电缆中间接头作为输配电系统的关键节点，其界面压力直接影响绝缘性能及载流能力，但多层异质材料界面压力的无损定量检测仍存在技术瓶颈。本文提出了一种基于超声非线性效应的10  kV冷缩式电缆附件界面压力无损检测方法。首先通过制备不同界面压力样品并结合内置传感器获取基准值，然后设计机械加压装置拓展实验压力范围，并基于非线性超声检测平台，对10 kV冷缩式电缆中间接头3类复合界面回波信号进行时频域特征分析，最后构建界面压力与非线性超声系数的定量映射模型，并验证其有效性。结果表明：在0～0.40  MPa界面压力范围内，基波及二次谐波幅值随界面压力升高整体下降，非线性系数则呈先增后减趋势，采用加压模块装置后使得压力检测结果更加准确；XLPE界面涂敷硅脂可填充微小气隙并削弱该部分的非线性效应，但对界面非线性行为影响较小，不会影响压力检测结果。研究表明相对非线性系数可作为冷缩式电缆附件界面压力的有效表征指标，为电缆运行状态监测及寿命评估提供可靠的无损检测技术路径。

长期户外运行的复合绝缘子会受到环境因素的耦合作用而发生老化，精准评估服役多年的绝缘子性能及老化状态对于输电线路运维具有重要意义。本文针对临沂地区某220 kV输电线路服役16年的复合绝缘子展开研究，通过对复合绝缘子伞裙不同位置硅橡胶材料开展表面形貌、热学性能、力学性能、电学性能和化学结构等多尺度表征分析，研究了复合绝缘子硅橡胶材料老化程度的空间分布规律。结果表明：复合绝缘子在长期服役后，材料的老化程度具有空间分布特点。复合绝缘子硅橡胶伞裙中大伞的老化程度高于小伞，高压端老化程度高于低压端，外侧老化程度高于内侧。此外，不同位置伞裙硅橡胶材料的热流量和热失重特性差异较小，而其微观形貌、憎水性、化学基团、电气强度以及蠕变量等关键参数可有效表征伞裙老化程度，显著反映空间老化差异。

为提高变压器油在高电场强度与极端工况下的电气性能，本研究制备了不同浓度SiO₂和ZnO纳米粒子的改性变压器油，实验测定了不同油样的太赫兹时域光谱，并分析了其太赫兹时域和频域光谱特性差异。结果表明：不同油样的吸收系数在0.2～1.0 THz较低频段内的变化趋势相近，而在1.0～2.0 THz较高频段内的吸收增强，油样间的吸收特性差异明显；相比于纯变压器油，纳米改性变压器油在太赫兹频段的折射率和介电常数有明显的升高；在0.2～2.0 THz频段内，随着纳米粒子浓度的升高，两种纳米改性变压器油的介电常数均值呈现先升高后小幅度下降的趋势，而ZnO纳米油介质损耗因数均值呈现波动下降的趋势，SiO₂纳米油介质损耗因数均值则呈现先降低再升高的趋势。

针对复合绝缘子硅橡胶伞裙热老化问题，本文引入非线性超声检测技术展开相关研究。首先对复合绝缘子硅橡胶伞裙进行加速热老化试验，测量不同热老化时间试样的材料参数。然后建立了复合绝缘子硅橡胶非线性超声检测仿真模型，并搭建非线性超声检测平台开展超声检测试验。最后验证仿真与试验测得的复合绝缘子硅橡胶材料热老化时间与超声非线性系数的关系。结果表明：随着热老化时间的增加，热老化试样的基波与二次谐波幅值均呈下降趋势，相对非线性系数呈现明显增大趋势；试验测得的相对非线性系数与热老化时间的线性拟合度较高。热老化导致材料宏观力学特性变化，表现为密度下降和弹性模量增大，进而导致声波能量衰减，材料内部结构的改变增强了非线性效应。二阶相对非线性系数可有效表征复合绝缘子硅橡胶材料的热老化程度，为复合绝缘子热老化状态的无损检测提供了一种新方法。