在远距离大容量输电、跨海输电及电网联络等方面,高压直流输电与交流输电相比有许多独特的优越性而得到了快速发展。换流变压器是高压直流输电系统中的重要设备,其绝缘性能的安全可靠对直流输电系统的稳定运行至关重要。与常规变压器相比,换流变压器绝缘问题的特殊性在于其阀侧绕组承受交流、直流以及极性反转等多种电应力的共同作用,电场分布及变化过程复杂；同时受水分等因素的影响,直流电场又具有一定的不确定性。目前对换流变压器电场特性的研究主要采用仿真分析的手段,计算结果缺乏有效的试验校核,复杂条件下油纸绝缘结构的电场及界面电荷特性仍不清晰。针对上述问题,本文研制了Kerr效应法油中电场测量系统,对油纸绝缘结构油中电场及界面电荷特性开展了基于实测的分析研究。针对油纸绝缘结构直流电压下油中电场较弱,Kerr效应法电场测量中误差较大的问题,本文分析了导致测量误差的因素,提出了有效的抑制措施,研制出了国内首套采用交流调制技术的Kerr效应法油纸绝缘结构油中电场测量系统。测量系统的直流电场测量灵敏度为20V/mm,误差不大于5.4%,能够进行稳态交、直流电场及暂态极性反转电场的测量。针对换流变压器阀侧绕组承受直流、交直流复合以及极性反转电压的状况,本文利用Kerr效应法研究了典型模型在各电压类型下油中电场及界面电荷特性。直流电场的研究中发现了正、负直流电压下油中电场过渡过程的极性效应,得到了油纸界面电荷的积累消散规律。通过试验证实了纸板对油中负电荷具有吸附性,使得油纸界面负电荷易于积累,难于消散,最终导致了电场的极性效应。并根据电场测量结果,针对RC模型下电场过渡过程的无极性特性,提出了基于界面电荷的电场分析方法。极性反转电场的研究中发现了双极性反转中电场暂态过程的不对称特性,第一次极性反转中油中电场先于电压过零,反转后电场大于初始电场,第二次极性反转中油中电场后于电压过零,反转后电场小于初始电场。通过界面电荷分析,还发现整个极性反转过程中,油纸界面始终为负电荷,并基于界面电荷的方法建立了极性反转过程中电场分析模型,阐述了两次极性反转电场差异的原因。试验还首次研究了极性反转时间对反转后电场的影响,证明了极性反转时间越短,极性反转后电场越大；通过分析还发现极性反转时间对反转后电场幅值的影响还与变压器油电阻率、油纸电阻率比值密切相关。交直流复合电场的研究发现了直流稳态电场分布不具有空间对称性,正极性电压下单层纸板覆盖上电极区域油中电场强度远小于单层纸板覆盖下电极区域。不同交直流电压比例下电场的研究还发现空间各区域交流电场强度与交流电压均为线性关系,直流电场强度与直流电压为非线性关系且与位置结构有关。通过单层纸板正、负电压下的验证试验证明了不同位置处油纸界面积聚电荷极性和大小的差异是导致直流电场分布非对称性的根本原因。针对水分导致换流变压器阀侧绕组直流电场的不确定性,利用Kerr效应电场测量系统首次研究了典型模型在三组不同水分含量下油中直流电场变化过程。研究发现油、纸中水分含量越高,油纸界面电荷密度越小,油中电场衰减过程变慢。通过不同水分含量油、纸电阻率的测量,发现水分的增加使得油、纸电阻率以及纸板电阻率与变压器油电阻率比值的降低,油纸界面对电荷捕获能力下降,导致直流电压下油纸界面电荷积累量降低,最终导致电场过渡过程的差异。针对油道间距对油中电场的影响,利用Kerr效应法实测研究了两种模型上、下油道在直流电压下的电场变化过程,并基于界面电荷的方法提出了不等油道间距下油中电场分析模型。研究发现直流电压下,上、下油道电场强度与油道位置和油道间距密切相关。正电压上油道电场强度随时间逐步增强,下油道电场强度反而减弱,并且上油道间距越小,上油道电场越强；负电压下,上油道电场强度随时间减弱,下油道中电场强度逐步增强,并且下油道间距越小,下油道电场越强。