随着我国百万伏特高压等级电网的建设,电压等级的升高,对变压器油的品质将提出更高的要求。为了进一步提高变压器的绝缘水平,缩小变压器的尺寸,有效保障超大规模输电系统的安全稳定运行,迫切需要开发高绝缘强度的新型变压器油。目前,已有研究者将纳米粒子添加到变压器油中改善其绝缘特性。关于纳米改性变压器油的研究中存在着一些尚未解决的问题,其中包括：①纳米改性变压器油的长期稳定性；②纳米粒子对电荷输运过程的影响机理。本文利用两步法制备了具有良好分散稳定性的TiO2纳米粒子改性变压器油,油样室温静置18个月后仍透明澄清、未出现团聚现象,且静置前后纳米粒子的粒径均在20nm左右、分散均匀。对获得的具有长期稳定性的纳米改性变压器油进行了工频击穿、雷电冲击击穿和局部放电特性的测试,发现纳米粒子不仅可以使变压器油的工频和雷电击穿电压提高至未改性前的1.2倍,而且在雷电冲击电压下纳米改性变压器油中流注传播速度降低到纯油的65%。除此以外,纳米改性变压器油的局部放电起始电压为纯油的1.1倍,且长时间耐局部放电特性明显改善。研究了TiO2纳米粒子对劣化(高水分、老化)变压器油绝缘特性的影响,发现随着变压器油劣化程度的加深,纳米粒子改性效果更加明显,工频击穿电压提高至纯油的2倍以上,而且可以有效抑制油中局部放电现象,局部放电起始电压为纯油的1.2倍。采用电声脉冲法测量技术,研究了纳米粒子对变压器油(新油、劣化油)中电荷积累、消散特性的影响。在电荷积累特性研究中发现,随着施加压时间的延长,纯油(新油、劣化油)中电场发生了一定程度的畸变,其最大场强为平均场强的1.74倍,而纳米改性油中电场分布则较为均匀。在电荷消散特性研究中发现,纳米粒子可以使变压器油中电荷消散速率提高34%。利用ICCD高速相机对雷电冲击电压下变压器油改性前后的流注发展变化规律进行了研究,观察了纳米粒子对变压器油中流注发展形态的影响。利用热刺激电流法探索了纳米粒子对变压器油(新油、劣化油)中陷阱分布的重构作用,通过对变压器油陷阱特性的测量发现,TiO2纳米粒子的添加使得变压器油中的浅陷阱密度达到了纯油2倍以上。通过Zeta电位的测量证实了纳米粒子与变压器油两相界面结构的存在和其性质的变化对变压器油中陷阱特性和电荷输运特性的影响。在此基础上,提出了纳米改性变压器油的电荷传导浅陷阱理论：纳米粒子具有很大的比表面积,通过固体纳米粒子和液体介质分子间的相互作用,可以形成不同于本体材料的两相界面,导致了变压器油内部浅陷阱密度显著增大。在高场强区电离产生的电荷通过在浅陷阱间被反复捕获和释放的过程迅速迁移,提高了局部电导率,减少了流注前端的净电荷密度,避免了电荷在变压器油中的积累与电场畸变,从而抑制了变压器油中流注的发展速度。除此之外,电子通过在浅陷阱间反复捕获和释放的过程降低了其自身的碰撞能量,削弱了其对变压器油分子的电离,最终提高了变压器油的绝缘特性。