绝缘子气-固界面是直流GIL绝缘体系的薄弱环节,在直流电场中,绝缘子表面易发生电荷积聚,导致严重的电场畸变,破坏整体绝缘。同时在外电场作用力和绝缘子表面电荷库仑力的作用下,GIL中的金属污染物将吸附于绝缘子表面,降低闪络电压。将环氧树脂纳米复合涂层涂覆于绝缘子表面被证明可一定程度地抑制表面电荷积聚,提高闪络电压,具有广泛的应用前景。本文在环氧树脂中掺杂的材料包括纳米SiC、蒙脱土、纳米TiO2,其中蒙脱土和TiO2共同掺杂在环氧树脂中。制备不同纳米掺杂含量的复合涂层,并涂覆至绝缘子表面。为确保复合材料的理化性能满足GIL运行要求,进行了断面形貌、热性能分析、介电特性等测试。结果显示,纳米填料含量较低时在环氧树脂中分散较为均匀,几乎不发生团聚现象;复合涂层材料的接触角未发生明显变化,但热稳定性有大幅提升;介电常数和介电损耗与纯环氧树脂相比也均有一定程度的增加。为研究纳米涂层对绝缘子气-固界面电荷消散过程的影响,本文搭建了电荷测量平台,进行纳米涂层的表面电荷消散特性测试。结果表明,随着纳米粒子含量的增加,绝缘子表面电荷消散速度越来越大;但纳米粒子的含量超过一定值后,绝缘子表面电荷的消散速度将逐渐减小,甚至低于纯环氧树脂的消散率。当纳米SiC含量为6%,蒙脱土和纳米TiO2含量为4%时,试样表面电荷消散速度最大、电荷消散率最高,最终可消散约30%～35%。本文采用陷阱能级理论对其微观机制进行了研究,分析认为当纳米粒子含量较低时,复合材料内引入了部分浅陷阱、降低了浅陷阱能级,因而提高了电荷的消散速度;但纳米粒子含量过高时,由于纳米粒子的团聚等因素,浅陷阱分布发生改变,反而抑制了电荷消散。为研究纳米涂层对绝缘子闪络电压的影响,本文搭建了闪络测试平台,并设计了金属粉尘吸附测试的相关实验。研究结果表明,涂覆不同参数的纳米涂层后,绝缘子闪络电压和金属粉尘吸附量的变化趋势与表面电荷基本一致。当纳米SiC质量分数为6%时,相较于未涂覆的绝缘子闪络电压可提高14%,金属粉尘吸附量可减少53%;当蒙脱土和纳米TiO2含量为4%时,绝缘子闪络电压较涂覆前可提升19%,粉尘吸附量减少42%。究其原因,绝缘子表面电荷消散速率较快时,表面电荷密度降低,表面电场畸变相对较弱,不易形成稳定的放电通道,进而提高了闪络电压;同时绝缘子表面电荷对粉尘的库仑力作用减弱,使粉尘吸附量降低。综合纳米复合涂层的理化性能和电学性能测试结果,即可遴选出合适的纳米涂层,对于保障直流GIL的安全可靠运行具有重要的意义。