近十几年来,高压直流输电方式在国内受到广泛应用,换流变压器作为输电系统中的重要设备,必须保障其安全稳定运行。换流变压器长期工作过程中,内部的油纸绝缘容易积聚空间电荷造成电场畸变,会加剧绝缘性能的劣化进程。由于更换老化后的绝缘油较为容易,但更换缠绕于绕组上的绝缘纸则须停运返厂进行,所以绝缘纸的绝缘寿命决定变压器寿命。从变压器安全角度出发,有必要研究绝缘纸中的空间电荷特性。采用测量装置对绝缘纸中的空间电荷分布进行实测只能得到净电荷密度,不能反映空间电荷在介质内的输运过程。本文基于双极性载流子输运模型,借助COMSOL多物理场仿真软件对纤维素绝缘纸中的空间电荷特性进行数值模拟。首先建立了绝缘纸的一维仿真模型,分析其电荷运动的物理过程;其次,基于数值模拟结果,分析绝缘纸中电荷密度和电场强度的分布特征,定量分析空间电荷对电场的畸变作用。然后,研究绝缘纸厚度和老化程度等自身特性及极性反转对空间电荷特性的影响。最后探索了纳米改性绝缘纸提升其机械性能的可行性,表明纳米改性绝缘纸可降低其内部缺陷的产生或发展,从而在一定程度上提升其抗空间电荷积聚的性能。研究结果表明:在电极注入电荷的方式下,绝缘纸中发生了同极性电荷积聚,且同极性电荷能够削弱绝缘纸两侧电场强度,增强内部电场强度,这种畸变效应使得绝缘纸外部击穿电压升高;老化越严重,绝缘纸中积聚的空间电荷越多,对电场强度的畸变作用越强;厚度变小时,电荷积聚的速度变快;纳米改性绝缘纸形变量明显减小。