液体电介质的击穿以流注发展为基础,而放电过程中空间电荷的存在会影响液体电介质内部的电场分布,从而对流注发展产生极为重要的影响。又有研究表明,纳米粒子的添加会对液体电介质的绝缘强度产生影响。因此,研究液体电介质中空间电荷的测量方法,分析空间电荷对于液体介质绝缘性能的作用原理以及纳米改性液体电介质改善绝缘特性的作用机理,对于指导大型超特高压电力设备内绝缘优化改善和电网过电压水平的提升意义深远。本文基于改进的Kerr电光场图测量系统,围绕操作冲击电压下液体电介质(包含纳米改性液体电介质)中电场和空间电荷的测量方法、纳米粒子对液体电介质中空间电荷的影响以及空间电荷对放电过程的影响规律展开细致深入的研究。通过研究Kerr电光场图测量方法的基本原理,从光学矢量和Jones矩阵的角度对不同偏振器件和玻片组合情况下的电场强度计算公式进行了推演和归类总结。将阵列型光电探测器引入Kerr电光场图测量系统,解决了CCD相机无法连续拍摄的问题。CCD相机能记录光强随空间的变化规律,采集特点为时间离散、空间连续;而阵列型光电探测器能采集光强随时间的发展变化规律,采集特点为时间连续、空间离散。针对CCD和阵列型光电探测器各自的特点,选择合适的光学元件完成CCD测量系统和阵列光探测量系统的搭建,详细阐述了两个测量系统的试验方法和对应的图像处理方法。通过本文研制的测量方法,使用阵列光探得到了平行平板电极间空间电场强度和空间电荷密度随极板间隙距离和时间的三维变化规律。通过对阵列光探测量系统的测量结果进行误差分析以及与CCD测量结果进行对比分析,验证了阵列光探测量系统的准确性和可靠性。选择Fe3O4纳米粒子(粒径20nm,铁磁性纳米粒子)对碳酸丙烯酯液体进行改性,使用超声分散方法来配备纳米改性碳酸丙烯酯,并用分光光度法验证所配纳米流体的稳定性。改性前后碳酸丙烯酯的操作冲击击穿试验结果表明,铁磁性纳米粒子的添加使得碳酸丙烯酯平板电极间正极性操作冲击击穿电压提高11.65%,同时平均击穿时间也有所下降。对改性前后碳酸丙烯酯平行平板电极间的电场分布和空间电荷分布进行时间连续性测量,得到电场和空间电荷的时空特性分布。从电场分布图看出,在纯碳酸丙烯酯中电场分布呈现出上凸形状,而相同时刻下纳米流体中的电场分布曲线形状则平坦得多,这说明纳米粒子的存在使得电场由于空间电荷引起的畸变更小;从空间电荷时空动态分布图中看出,Fe3O4纳米粒子的添加不但降低了空间电荷密度的峰值,还使得空间电荷的消散过程明显加快。分析认为碳酸丙烯酯在经过纳米改性后,铁磁性纳米粒子能够吸附快速移动的自由电子并转化为慢的带电粒子,阻碍空间电荷的产生和输运,并对负空间电荷的抑制作用更加明显。