换流变压器是超/特高压直流输电工程中的关键设备,严苛的运行环境导致换流变长期安全稳定运行的压力高。换流变压器阀侧出线装置由多层“液-固”油纸绝缘结构组成,在运行过程中承受交流、直流和交直流复合电压等作用,是绝缘薄弱环节。空间电荷/界面电荷问题是影响换流变压器阀侧出线装置绝缘性能的关键因素。目前针对较大尺寸多层“液-固”油纸绝缘结构空间/界面电荷分布特性分析,缺乏有效的测量手段和空间/界面电荷分布仿真方法。因此,开展多层“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷仿真及推演计算模型研究具有重要理论价值,同时对换流变绝缘故障分析和绝缘结构优化设计具有重要指导意义。本文首先对直流、交流以及交直流复合电压下适用于“液-固”油纸绝缘体系的空间/界面电荷特性的仿真方法进行研究,并通过电声脉冲法实验验证仿真参数的有效性。然后,开展直流电压下多层“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷分布的仿真及推演计算模型研究;在此基础上,聚焦交流电压下空间/界面电荷随相位存在动态变化的特点,开展交流和交直流复合电压下“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷的分布仿真及推演计算模型研究。最后,针对典型多层平板油纸绝缘结构和换流变出线装置缩比模型结构,分别进行直流、交流以及交直流复合电压下考虑空间/界面电荷影响的电场分布仿真分析,并将电场分布仿真结果与克尔效应实测场强分布结果进行对比验证。本文主要研究成果及取得的创新如下:①联合双极性载流子模型、界面电荷行为表征的Maxwell-Wagner方程和Poole-Frenkel方程,建立了简单多层“液-固”油纸绝缘体在直流电压下的空间/界面电荷仿真模型;在此基础上,引入极性判断算子对交流电压和交直流复合电压下电荷多少和极性存在动态变化的特点进行描述,实现了直流、交流以及交直流复合电压下的电荷仿真;对比直流、交流、交直流复合电压下电声脉冲法实测电荷密度与仿真结果,验证了仿真方法有效性。②在典型简单“液-固”油纸绝缘模型基础上,提出了基于“场温平移因子”与“结构平移因子”的多层油纸绝缘体系在直流电压下界面电荷密度与总电荷量推演计算模型。场强和温度的增加将导致多层“液-固”油纸绝缘体系的稳态界面电荷密度和总电荷量均呈指数规律增加;基于提出的“场温平移因子”,构建了场强、温度联合作用下的界面电荷密度推演计算模型,实现了“液-固”油纸绝缘体系在特定温度与场强下的稳态界面电荷密度计算;在此基础上,通过融合“结构平移因子”,进一步构建了场强、温度以及结构三因素联合作用下的稳态总电荷量推演计算模型,实现了多层结构场强以及温度作用下“液-固”油纸绝缘体系的总电荷量计算。③聚焦空间/界面电荷在交流和交直流复合电压下存在动态变化的特点,构建了交流和交直流复合电压下多层“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷密度与总电荷量推演计算模型。在交流电压下空间/界面电荷的密度值和极性随外加场强相位的动态变化而变化,通过联合“场温平移因子”与相位影响因子,构建了交流电压下在相位角、场强和温度联合作用下多层“液-固”油纸绝缘体系界面电荷密度和总电荷量的计算模型;在交直流复合电压条件下,直流电压与交流电压幅值的比例会显著影响空间/界面电荷分布特性,当交流与直流电压之比小于1:1时,直流电压对空间/界面电荷的影响占主导;大于1:1时,交流电压影响显著性突出;通过联合“场温平移因子”与交直流电压比例影响因子,构建了交直流复合电压下融合交直流电压复合比例、场强和温度联合作用下多层“液-固”油纸绝缘体系的界面电荷密度和总电荷量的计算模型。④揭示了空间/界面电荷积聚效应对电场分布的影响规律,验证了多层“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷仿真及推演计算方法的有效性。在直流电压与交流电压下的几种“液-固”平板多层油纸绝缘体系中,考虑空间/界面电荷积聚效应影响的电场分布仿真结果,与克尔效应测得的对应场强值比较,其中直流电压下误差在1%-1.5%,交流电压下最大误差不超过4.4%,验证了多层“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷仿真及推演计算方法的有效性。进一步,在换流变出线装置缩比模型中,直流电压下考虑空间/界面电荷积聚效应影响的电场分布仿真结果,与克尔效应测得的对应场强值比较,第一油道误差7%,第二油道误差4.4%,第三油道误差1.3%,场强变化趋势一致,也验证了多层“液-固”油纸绝缘体系空间/界面电荷仿真及推演计算方法的有效性。