随着高温超导高压直流输电技术的高速发展,电压等级和输电容量进一步提升,输电系统在低温下的绝缘问题已成为研究的热点。环氧树脂作为高温超导直流输电系统终端的关键绝缘材料,在高场强下产生空间电荷以及绝缘的老化击穿问题,严重制约着超导输电系统的发展,而提高环氧树脂在低温下的直流电气性能已成为高温超导直流输电系统安全稳定运行的关键因素。为此,本文以纯环氧树脂为基体,通过掺杂表面修饰过的纳米Al2O3颗粒,制备不同Al2O3含量的纳米复合电介质试样,对试样进行理化性能的表征分析,并且对纳米复合电介质低温和常温下的直流电气性能进行了试验研究以及理论分析。理化分析测试表明,使用KH560处理过的纳米Al2O3失重过程分为物理失重和化学失重两个阶段,体现出良好的表面修饰作用。从试样的断面结构表征发现Al2O3含量为1wt%和3wt%的试样内部纳米颗粒分散比较均匀,而5wt%的试样会出现微米级的团聚。热稳定性分析发现添加Al2O3颗粒在5wt%以内时,对环氧树脂热稳定性能影响不大。电气性能测试表明,随着Al2O3含量的增多,直流击穿强度先增大后减小,且试样在低温下的直流击穿强度比常温高,低温下击穿强度试验结果的分散性更小。表面电位的初始值随着纳米Al2O3颗粒含量的增加先增大后减小,且纳米颗粒的加入能够使表面电位衰减变慢;此外,低温下的表面电位初始值高于常温;添加Al2O3后陷阱能级范围增大,陷阱中心能级升高,陷阱密度随着纳米Al2O3颗粒的含量先增大后减小;低温下的陷阱中心能级和陷阱密度与常温环境下相比均出现小幅增大。电压上升时间越短,越容易引发直流电树枝;直流电压下环氧树脂及其纳米复合电介质的电树形态呈现出多枝状和单枝状,低温下为单枝状的概率更大,Al2O3颗粒的含量对电树枝形态无明显影响;纳米Al2O3能够降低电树枝的引发概率,减小电树枝的生长速度,抑制作用随着Al2O3颗粒含量的增加而增强;低温下直流电树枝的引发概率和长度均低于常温;在起树阶段以及电压上升和下降阶段均出现了较高幅值的局部放电脉冲簇,Al2O3颗粒的添加会抑制材料的局部放电活动,低温下可测量到更高的局部放电幅值,但局部放电的重复率明显降低。