电网安全运行是保证电力供应稳定、可靠的基础。随着经济的发展,不仅对电的需求量与日俱增,而且对电网安全运行的要求更加突出。电网瓦解或大面积停电事故不仅会造成巨大的经济损失,影响人民正常生活,而且还会危及公共安全,造成严重的社会问题。根据统计,由内绝缘老化问题引发的变压器故障是变压器事故的重要部分。因此,研究变压器绝缘老化的特征量与寿命评估方法是进一步完善油纸绝缘老化机理,探索故障诊断新方法,寻求延长变压器使用寿命措施的基础和关键技术。虽然相关的研究工作已经开展了近半个世纪,但对油纸绝缘老化的诊断方法仍然主要参考油中气体分析及糠醛含量等单一特征参量的阈值,并未形成能够对绝缘整体和局部老化状况作出综合评估的方法。同时,随着各种新型绝缘材料的应用,现行的诊断技术尚未对这些参量以及所规定阈值的适用性进行研究;目前的变压器老化诊断技术及分析方法主要基于长期运行经验以及实验室的加速老化试验数据,并未从机理上深入分析和解释各种因素对绝缘老化的影响机制。本文首先以矿物油-纸和植物油-纸绝缘作为研究对象,在实验室中开展了数千小时的加速老化试验,研究各种化学特征量在老化过程中的变化规律,并在所得试验数据基础上对已有的热寿命模型进行改进。其次,为了对实验现象和结果做出合理的解释,采用现代分析仪器和分子模拟软件,对造成和影响老化的微观机理开展了深入的研究。此外,针对油纸绝缘存在的局部缺陷对设备运行安全的影响,采用局部放电作为特征信号,对绝缘缺陷发展程度和风险进行评估的方法开展了研究;最后,基于已有的标准规定和研究成果,探索了采用“健康指数”对主绝缘老化状况进行量化和评价的方法。论文取得的主要创新性成果有:①首次系统地研究了矿物油纸与植物油纸绝缘在热老化过程中各化学特征参量的变化差异和造成这种差异的原因,发现植物油不仅能够延缓绝缘纸的劣化速率,而且可以提高其极限聚合度,在很大程度上延长绝缘纸的使用寿命;②首次将时温叠加理论(TTSP)引入传统的热降解二阶动力学方程中,提出了改进的油纸绝缘热寿命模型。与传统的热寿命模型相比,改进的模型更为充分地利用了各个加速老化温度下的实验数据,且通过时间平移因子可方便地实现油纸绝缘材料在外推温度范围内的寿命预测;③综合采用多种现代分析仪器和分子模拟软件,将宏观特征参量的变化同微观机理分析相结合,对影响油纸绝缘老化的各种因素,以及植物油延缓油纸绝缘老化的原因进行了较为全面的分析;④提出了一种以局部放电作为特征参量,对绝缘缺陷发展程度和风险进行评估的方法。该方法重点解决了两个问题:一是混合放电源的分离和识别问题,二是可用于评估油纸绝缘老化程度的放电指纹特征提取和诊断方法的问题;⑤首次提出了主绝缘“健康指数”的概念和对主绝缘的老化状况进行量化评价的方法。该方法将“健康指数”分为整体老化指数、运行状态指数和局部缺陷风险指数,并充分利用现行的各项老化诊断技术及参量,不但能够对变压器主绝缘的整体老化和运行状况作出评判,而且可以对由绝缘局部缺陷引发的安全隐患风险程度作出判断。