牵引变压器高压套管是高速铁路牵引供电系统的关键设备之一,其绝缘性能直接影响了变压器甚至牵引供电系统的安全可靠运行。绝缘劣化故障引起的变电站强制性检修或设备更换将直接引发高速列车停电事故,进而影响列车正常通行,甚至产生故障连锁反应造成巨大的经济损失,因此准确掌握牵引变压器高压套管绝缘的服役状态具有重要意义。作为牵引变压器电力输送通道,套管内绝缘承受强冲击性的牵引负荷。电力机车通过套管供电区间时的负荷最高可达3倍额定容量,而无机车通过时为无载或轻载运行,且机车存在启动、制动、上下坡、过分相等运行状态,使得牵引负荷具有幅度变化大、过载系数高以及陡变性等冲击特点。此外,不同区域、不同线路上列车运行密度和容量亦存在极大的差异。这种牵引冲击特性造成了如下的问题:1)现有的绝缘寿命模型不适用于不同冲击性负荷下套管绝缘寿命评估和预测使用寿命,有些严重老化的牵引变压器高压套管仍在运行,而有些绝缘状态良好的牵引变压器高压套管远未达到其设计寿命就被强行更换;2)冲击负荷导致温度频繁波动而使得油纸绝缘热老化速度极不均匀,不均匀热老化导致油纸绝缘吸湿能力的差异使得水分分布同样不均匀,现有评估方法不适用于不均匀油纸绝缘套管的状态评估;3)由于高速铁路牵引供电系统存在短天窗时间,高寒地区高压套管每天均为低温下冷启动,然而针对低温下套管绝缘的电气性能缺乏系统性认识。针对上述问题,本文开展了如下工作:1)考虑牵引负荷特点设计了可模拟冲击负荷作用的绝缘加速热老化试验系统,明确了冲击性负荷特征参数（负荷率、持续时间以及时间间隔）对绝缘热老化的作用特征,进一步提出了考虑冲击负荷特征参数的绝缘寿命估算方法;2)明确了低温下不同老化和受潮状态对油纸绝缘电气性能的影响特征,进一步探明了套管不同典型绝缘缺陷下的局部放电发展过程,建立并验证了高压套管水分扩散和电场分布的有限元计算模型,明确了套管电容芯子中的水分扩散暂态过程及水分分布对电场的影响规律;3)使用修正Havriliak-Negami、Dissado-Hill介电弛豫模型以及考虑复杂界面极化提出的改进Debye模型重构频域介电谱测试结果,提出了一种改进的元启发式算法用于模型参数的寻优求解,并通过实测数据对重构方法进行验证;4)提取了区分绝缘老化和受潮的介电特征参量,提出了一种优化的支持向量机模型进行牵引变压器高压套管的老化、受潮状态的区分,并进一步提出了一种基于隐马尔可夫模型的套管受潮定位方法用于判断水分来源,并对提出的方法利用模型试样以及实物套管进行了验证。