换流变压器在高压直流输电系统的作用十分重要,其内部使用最多的绝缘介质是矿物油与绝缘纸复合成的油纸绝缘。目前,国内外的研究一致认为,油纸绝缘内部空间电荷会强烈畸变内部电场,促进材料内部的局部放电。而且油纸绝缘在热老化、雷电冲击等外界因素引起老化后,其内部空间电荷现象更加明显,进一步降低了油纸绝缘的绝缘水平,对高压直流输电系统的安全运行造成了威胁。因此,对老化状态的油纸绝缘进行空间电荷特性的研究对电力系统安全具有重要意义。本文基于电声脉冲法搭建了一套针对油纸绝缘的空间电荷测量系统。该套系统通过Lab VIEW与上位机连接以实现数据采集功能,并针对PEA技术固有的信号过冲问题,通过MATLAB对信号进行反卷积计算出系统的网络函数,进而实现对测量信号进行校正。试验表明,该套空间电荷测量系统操作简单,避免了复杂的数学计算,能正确测量出试样中的空间电荷分布。在搭建出的空间电荷测量系统基础上,本文针对不同热老化程度与不同次数雷电冲击累积效应下的油纸绝缘进行研究。先测量了各试样的绝缘纸聚合度、油中微水含量、介电特性等参数,再在20k V/mm的平均场强下测量试样的空间电荷分布。分析得出相应的空间电荷总量的变化趋势,对空间电荷总量的衰减进行指数拟合,得到衰减时间常数,并计算得出各个试样的陷阱能级。试验结果表明,油纸绝缘的注入与衰减都呈现先快速再稳定的现象,而且空间电荷的衰减可以近似看作为指数型衰减。在热老化初期,油纸绝缘的聚合度变化不大,但由于内部水分含量的上升而导致空间电荷容易注入。随着热老化的时间不断增加,内部空间电荷总量呈现出先迅速上升,再逐渐趋于稳定的趋势。空间电荷对内部电场的畸变随热老化程度的增加而增加。而在雷电冲击的累积作用下,在前200次雷电冲击,油纸绝缘仍有较高的绝缘水平,对空间电荷有着较强的抑制作用。当累积次数达到300次后,油纸绝缘对空间电荷的抑制水平迅速下降。一方面是由于在雷击的累积作用下,绝缘纸发生损伤,聚合度和粗糙度都发生了变化;另一方面是雷电压累积作用产生极性物质造成的影响。随着雷电冲击次数不断增加,油纸绝缘内浅陷阱的数量不断增加,随后陷阱能级不断加深,不断地产生了深陷阱,对油纸绝缘的绝缘水平造成了巨大威胁。综合来看,热老化与雷电冲击都会明显促进油纸绝缘在直流电压下同极性空间电荷的注入,雷电冲击的累积效应对空间电荷特性的影响不可忽略。雷电冲击对介质造成的电损伤不断累积,促进了空间电荷的注入过程,畸变油纸绝缘内部场强,进一步加快了油纸介质的绝缘水平的劣化,从而引起恶性循环。