当前,挤包绝缘高压直流电缆及附件的国产化需求已迫在眉睫,长期限制其绝缘发展的难题为空间/界面电荷积聚问题,该问题是导致绝缘失效的源头,空间/界面电荷积聚会造成局部电场畸变,引发局部放电,加速绝缘老化和导致绝缘击穿,严重威胁电缆长期安全可靠运行。对空间电荷演化机制的模糊认知是制约其绝缘发展的瓶颈,空间电荷特性研究已被视为高压直流电缆及附件绝缘设计和评估的关键基础。高压直流电缆实际运行中,电缆导体中流经负载电流产生的焦耳热会在绝缘层内形成内高外低的温度梯度,当前多数研究主要集中在恒温条件,未考虑温度梯度效应。本文针对温度梯度下高压直流电缆及附件复合绝缘空间/界面电荷积聚特性和输运机理的研究尚需完善,温度梯度对其空间/界面电荷行为影响机理的研究尚不明确,缺乏温度梯度下纳米改性附件复合绝缘界面电荷调控的研究等问题,以高压直流电缆绝缘及附件复合绝缘为研究对象,以电声脉冲（pulsed electro-acoustic,PEA）法实验测量,电-热多场耦合下载流子输运数值模拟和理论分析为手段,开展了电-热多场耦合下直流电缆绝缘稳态和暂态过程空间电荷分布特性,电-热多场耦合下直流电缆绝缘/附件绝缘双层介质空间/界面电荷分布特性和温度梯度下纳米改性其双层介质界面电荷分布特性等的研究。本文基于全尺寸直流电缆PEA空间电荷测量平台,通过控制流经电缆导体的负载电流以实现电缆绝缘层可控的温度梯度,测量了温度梯度下直流电缆空间电荷时空分布特性,研究了温度梯度对其空间电荷积聚的影响,研究发现温度梯度的增加强化了导体屏蔽层-绝缘层界面处的电荷注入,导致了其注入电荷更多地向绝缘体内扩展,同时促进了绝缘层-绝缘屏蔽层界面附近更多异极性电荷积聚。联合同轴结构下的双极性电荷输运模型和杂质离子输运模型,建立了电-热多场耦合下高压直流电缆绝缘稳态和暂态（电压极性反转）空间电荷仿真模型,获得了高压直流电缆厚绝缘稳态-暂态-稳态过程转换期间空间电荷和电场时空分布的演化规律,揭示了极性反转时间和温度梯度对其空间电荷行为及电场畸变的影响机理。研究发现挤包绝缘高压直流电缆厚绝缘内部最大暂态场强出现在电压极性完全反转的初期,位置位于导体屏蔽层和绝缘层之间的界面附近;更高的温度梯度和更长的极性反转时间均会加剧最大暂态场强,导致了更严重的电场畸变,负载电流1000 A下,极性反转时间120 s时的最大暂态场强畸变率分别为30 s和6 s的1.21倍和1.35倍;更高的温度梯度也导致了最大稳态场强在电压极性反转前后均发生更严重的畸变。极性反转时间120 s时,负载电流1000 A下其最大暂态场强畸变率分别为极性前/后最大稳态场强畸变率的2.31倍和1.81倍,而负载电流800 A下其最大暂态场强畸变率分别为极性前后最大稳态场强畸变率的2.16倍和1.75倍。基于PEA双层介质压力波产生和传播特性和温度梯度对压力波特性的影响,提出了适用于温度梯度下双层介质PEA空间电荷表征信号恢复方法,同时基于可控温度梯度切片PEA测量系统获得了温度梯度下双层介质空间/界面电荷时空分布特性,研究了温度梯度对其空间/界面电荷积聚特性的影响规律。研究发现界面电荷量则随温度梯度的增加呈现先增后减的变化趋势。联合双极性电荷输运模型,杂质离子输运模型和表面态,建立了电-热多场耦合双层介质空间电荷仿真模型,与相同直流电场和温度梯度下PEA双层介质空间电荷实验结果对比,验证了其仿真模型的有效性,获得了温度梯度下双层介质空间电荷和电场分布特性,揭示了温度梯度对电荷行为和电场畸变的影响机理。研究发现此模型可很好地再现温度梯度下双层介质空间/界面电荷行为;温度梯度下,双层介质内最大场强均出现在高温侧介质体内靠近绝缘界面区域,且温度梯度的增加导致了更严重的电场畸变,20 kV/mm直流场强下,温度梯度（ΔT=35℃）下最大场强畸变率分别为温度梯度（ΔT=15℃）和无温度梯度（ΔT=0℃）时的 1.21 倍和 2.53 倍。研究了温度梯度下交联聚乙烯（cross-linked polyethylene,XLPE）/纳米炭黑（carbon black,CB）掺杂硅橡胶（silicone rubber,SR）双层介质界面电荷积聚特性,获得了温度和纳米掺杂浓度对CB/SR纳米复合材料直流电导和介电特性的影响规律,分析了纳米掺杂浓度和温度梯度对其空间/界面电荷积聚的影响,揭示了温度梯度下其界面电荷的调控机理。研究发现,25℃-65℃温度下1.5 wt%CB/SR纳米复合介质均具有最小稳态电导电流值;无温度梯度（ΔT=0℃）和温度梯度（ΔT=35℃）下,掺杂浓度为1.5 wt%时CB/SR纳米复合材料与XLPE材料所形成的绝缘界面处均存在最少的空间电荷积聚量,但温度梯度效应削弱了1.5 wt%掺杂浓度下其界面电荷积聚的抑制效果;可基于纳米复合材料中介电双层和多核界面模型解释温度梯度下其界面电荷调控机理。