冲击电压下变压器内部绝缘结构的电场特性是变压器设计的关键考虑因素。空间电荷是造成油纸绝缘内部空间电场畸变重要原因之一的,其存在及分布特性对油纸绝缘的性能具有显著的影响。而空间电荷的分布取决于电荷迁移、复合、附着和消散过程。以往通常是基于容性场等效对绝缘结构电场分布特性进行分析计算并结合许用场强取合理的安全裕度作为设计值。研究空间电荷分布首先应该研究电荷的输运过程。冲击下电场对变压器设计很重要,目前已有多起变压器在运行中遭受雷击造成绝缘破坏或出厂前进行冲击例行试验时发生闪络故障的案例。电荷对电场畸变有显著影响,但目前的研究主要依靠仿真,冲击电压下的电荷分布特性尚不明朗,需开展研究。本文针对空间电荷缺乏实测问题,利用Kerr电光效应,开展了空间电场与电荷的影响因素以及输运过程、分布特性的研究,发现空间电场分布与电场与电极金属材料,油中水分等因素有关,获得油纸绝缘系统中正负电荷的动态迁移过程,以及随着外施电压变化油纸绝缘空间电场与电荷的动态与静态特性的变化,揭示冲击电压作用下油纸绝缘油隙空间电荷和电场的分布,以及冲击电场下油纸绝缘系统中油隙中电荷产生机制和迁移过程规律,提出冲击电场下短油隙空间电荷存在时油纸绝缘的物理模型,以及油隙空间电荷运动时间和空间电荷密度的计算方法。本文对针对铜、不锈钢、铝合金三种金属电极进行研究。分别在不同金属电极相同外施电压以及相同金属电极不同外施电压作用下,对电荷的注入特性进行对比分析,发现三种金属中金属铝向油隙中注入电荷量最多,金属铜向油隙中注入电荷量最少。通过比较反算电压与外施电压发现反算电压在冲击电压波头前端与波尾后端高于外施电场,而在波头后端与波尾前端低于外施电压。发现了冲击电场下油纸绝缘系统中油隙中电荷的注入与迁移机制。建立了电荷输运模型,并求得油隙中空间电荷密度在冲击电压作用下随时间的变化过程。最后研究了水分对油纸绝缘油中电场分布的影响,发现随着水分增高,空间电场被削弱越来越严重。