高压电缆输电工程是绿色能源和智能电网发展的基础,对未来全球能源互联网建设有着重要的意义。高压电缆设计的可靠性对未来电力系统的发展有着重要意义。电寿命指数是电缆出厂试验和绝缘设计的重要参数。然而传统电缆设计方法将电寿命指数视为常数,这与电场等因素对电寿命指数具有显著影响的实验事实相违背。此外,传统电缆设计方法仅在交流电缆中有较多的应用经验,对直流电缆的空间电荷问题缺乏考虑,需要深入研究空间电荷对电寿命指数的影响。因此,建立电寿命指数与电场、空间电荷的关系模型,能为电缆出厂试验和绝缘设计提供新的理论工具,对电缆输电工程的发展有着积极的指导意义。其次,开展电寿命指数模型研究,有助于进一步完善固体介质电老化理论,深化对直流工况下空间电荷加速固体绝缘老化机理的认识。总的来说,电寿命指数模型具有重要的理论研究和工程实际应用价值。为提高电寿命指数模型研究的实验效率,本文首先对电寿命指数的获取方法进行了研究,基于效率高、耗时短的步进应力法,提出了一种步进应力试验参数设置和数据分析方法,并设计实验对该方法有效性进行了验证。为了建立描述电寿命指数与电场关系的模型,基于自由能增量对电寿命指数物理含义进行了分析,建立了基于自由能增量的电场与电寿命指数关系模型。针对直流运行工况,为了将空间电荷考虑进电寿命指数模型中,设计实验研究了空间电荷加速绝缘老化的机理,进而建立考虑空间电荷对自由能影响的电寿命指数模型。最终,研究了所提出模型应用于电缆出厂试验和绝缘设计中的方法,对500k V直流电缆的试验电压和绝缘厚度进行了设计,对比分析了新的设计方法与传统方法的区别。论文取得的主要创新性成果如下:（1）提出一种基于累积损伤曲线获得电寿命指数的步进应力法,该方法能获得与恒定应力法等效的电寿命指数,同时又大幅提升试验效率。该方法基于累积损伤曲线,判断步进应力法的老化机理;进而以恒定与步进应力法的老化机理一致为标准,对步进应力试验的参数进行设置。采用该方法获取的电寿命指数与恒定应力法误差小于2%,所需时间缩减到恒定应力法的27%。（2）建立了基于自由能增量的电场与电寿命指数关系模型（FEI模型）,该模型能弥补传统模型未考虑电场对电寿命指数影响的不足,可实现对电寿命指数与电场关系的定量计算。该模型基于自由能增量概念,考虑聚合物老化机理,将电场引入电寿命指数模型中,从而实现对任意电场下电寿命指数的解析计算。（3）建立了考虑空间电荷对自由能影响的电寿命指数模型（SCE模型）,该模型弥补了FEI模型未考虑空间电荷对电寿命指数影响的不足,提升了模型对直流下电寿命指数定量计算的准确性。该模型针对直流下空间电荷对击穿电场的影响,考虑空间电荷的振动疲劳机理,在FEI模型的基础上,将空间电荷引入FEI模型,形成考虑空间电荷的FEI模型,即SCE模型,从而实现对直流电寿命指数的解析计算。（4）提出基于FEI模型和SCE模型的电缆出厂试验电压和绝缘厚度设计方法,达到在电缆相关设计中考虑电场和空间电荷因素的目的。该方法采用FEI模型和SCE模型计算考虑电场和空间电荷因素的老化因子,然后根据老化因子设计试验电压和绝缘厚度。考虑电场和空间电荷后的试验电压设计值更高、绝缘厚度设计值更厚。