随着用电需求的逐年增加,特高压直流输电得到迅速发展,换流变压器作为直流输电系统的核心设备之一,其安全性对特高压直流输电的稳定运行至关重要。相较于传统电力变压器,换流变压器除了承受交流电场外,还承受了直流、谐波、极性反转等复杂电场。而油纸绝缘作为变压器的主要绝缘形式之一,其在传统变压器交流应用场景下的绝缘特性已实现了充分的研究,但其在换流变压器应用场景如极性反转电场下的绝缘特性研究还不够全面。本文通过优化空间电荷测试平台,实现油纸绝缘极性反转电场下电荷积聚特性与暂态特性测试,搭建纳秒级楔形电极下放电模型,研究反转过程中驻留电荷对电场与放电特性的影响,主要工作和结论如下:研制测试脉冲匹配电路,使测试脉冲与极性反转极化电压精确匹配,优化空间电荷实验测试平台,实现极性反转过程中空间电荷暂态特性多点快速测试。搭建多物理场老化平台,实现电-热-力耦合作用下油纸绝缘试样的加速老化。在优化的电荷测试平台基础上,对反转前后正负直流电场下电荷积聚特性和反转过程中电荷暂态特性进行测试,研究反转时间和多物理场老化程度对电荷特性的影响。测试发现反转前积聚的电荷消散和反转存在弛豫时间而在反转过程中产生驻留现象。反转时间缩短,即其与弛豫时间之差增加,则驻留电荷量随之增加。老化程度则影响了反转前后积聚电荷的极性与电荷量,也影响了反转过程中暂态电荷的消散速度,驻留电荷量随老化程度饱和增长。利用有限元仿真软件,针对换流变压器中典型楔形缺陷,搭建适用于双层油纸介质的纳秒级微观局部放电模型,针对油纸绝缘在极性反转前后正负直流电场下的放电特性开展仿真研究。仿真发现直流电场下油纸绝缘放电分为四个阶段,且呈现明显极性效应。该极性效应的产生与绝缘纸板中纤维素羟基对负电荷的吸附作用有关,即负电荷更易积聚在油纸绝缘表面,吸附的负电荷将削弱负电极附近电场而增强正电极附近电场。纸板对电荷的吸引力与油-纸介电常数之差呈正相关。通过上述仿真验证了该模型的有效性。基于电荷暂态特性的实测结果,在搭建并验证的放电模型基础上,研究极性反转过程中电荷驻留现象对油纸绝缘电场和局部放电的影响。发现老化试样在反转前积聚的同极性电荷在极化电场反转后会驻留为电极附近的异极性电荷,将增大局部电场,加快放电发展速度,增大放电的范围与强度。驻留电荷对电场和放电的影响程度随老化程度的加深而增强。