随着高压直流输电的蓬勃发展,换流变压器的制造水平对电网的可靠运行有重要意义。深入研究换流变压器耦合机制选择合理的绝缘设计,能有效减少故障发生,避免不必要的经济损失,具有的重大工程价值。然而换流变压器长时间工作在高温高压环境,受多场耦合作用明显,该耦合效应将直接改变绝缘状态,甚至导致原本在安全阈度内的介质面临绝缘危机。因此在分析换流变压器的绝缘特性时,应对其耦合参数及耦合机制开展研究。本文搭建了实验测量平台研究了换流变压器的油纸系统耦合参数,通过场路结合分析换流变压器的热流耦合得到温度场分布,并采用基于荷载误差的自适应步长瞬态有限元分析极性反转工况下的电场变化。此外,因涉及热电耦合,该非线性迭代计算速度慢且代价高,本文提出了本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition,POD）与QR分解的局部离散经验插值法（Local Discrete Empirical Interpolation method Based on QR Factorization,LDEIM-Q）结合的非线性降阶模型减少计算复杂度。主要工作如下:（1）针对换流变压器绝缘材料的部分耦合参数缺失,本文搭建三电极实验平台,测量了变压器油及油浸纸板在温度、场强影响下的绝缘特性。测量结果表示,随着温度的升高,变压器油及绝缘纸板电导率都呈上升趋势。此外,不同于以往认为的指数型增长,变压器油电导率随场强改变呈U型变化规律,即随电场增加先减小再升高。（2）通过标量电位的有限元,研究了非线性热电耦合下的换流变压器绝缘特性。针对极性反转试验中恒定直流状态和反转过程对步长的要求不同,提出了基于荷载误差的自适应步长法。经分析,换流变压器温度集中的区域紧邻场强较大的端部,不均匀温度产生的耦合现象不容忽视;考虑U型场强非线性下的油浸纸板最大场强增加;在考虑温度-场强非线性时,不仅绝缘状态发生改变且油浸纸板弛豫时间会降低。（3）针对换流变压器结构复杂难以整体建模,提出了将流体温度场和热路结合的场路分析法,并通过热流耦合计算得到温度场分布。该方法将散热器的冷却油道简化为路的模型,采用串行耦合的方法在场路之间传递速度和温度数据,实现完整油循环回路下温度场求解。经对比,采用场路结合方式进行温度场计算更贴近实际工况,同时能避免建立散热装置场模型增加的计算量。计算结果表明,简化的散热油路模型对温度分布有很大贡献,可以改变换流变压器内部热点的峰值和位置。（4）针对热电耦合导致的非线性迭代计算代价高,本文提出了LDEIM-Q的降阶方法。该方法利用局部技术来选择具有相同特性的子空间逼近非线性项,避免每次迭代中重构刚度阵产生的较大计算量。该方法相比传统的DEIM相比,具有更好的稳定性和更优的误差边界。最后,以变压器样机为例,采用POD/LDIEM-Q降阶模型共同处理非线性热电耦合计算,计算时间大幅度降低且精度提高。（5）设计并搭建了换流变压器缩比样机试验平台,开展了温升试验和绝缘试验,分别通过测温光纤和Pockels电场传感器测量了试验过程中的温度变化及电场数据。该试验结果也验证了场路分析法、非线性热电耦合降阶模型的准确性。