随着能源消费结构的加速调整,我国用电量近年来呈现持续增长的趋势,电能的远距离输送成为了电力系统发展的必然需求。高压直流电缆因其传输容量大的优点在输配电系统中得到了广泛的应用。目前高压直流电缆以聚乙烯作为主绝缘,在电场的长期作用下其内部容易产生空间电荷,从而使得内部电场发生畸变,甚至导致绝缘击穿。因此,研究高压直流电缆用聚乙烯材料的空间电荷行为对电力系统的安全运行具有重要意义。本文基于电声脉冲法(Pulsed electro-acoustic,PEA)原理与技术,对空间电荷测量系统进行了改进,实现了固体绝缘中空间电荷的快速动态测量。为了研究商用交联聚乙烯(Crosslinked polyethylene,XLPE)材料的空间电荷行为,开展了XLPE试样脱气前后的直流电导、介电和高温下空间电荷稳态暂态过程试验。结果表明,未脱气XLPE的电导电流和介质损耗均大于脱气XLPE;-30kV/mm下脱气前后XLPE内部均为负极性电荷积聚,且在30℃和70℃下电场畸变率不超过25%;70℃、-100 kV/mm下极化初始2 s的快速测量发现,脱气XLPE出现正空间电荷包的快速迁移,而-150 kV/mm下则出现了负空间电荷包的注入与迁移,正负空间电荷包的运动过程均遵循负微分迁移率。本文通过控制低密度聚乙烯(Low density polyethylene,LDPE)熔融后的冷却速率获得了不同结晶形态的薄膜试样,分别对不同冷却速率的LDPE试样进行了偏光显微观测、X射线衍射分析、差示扫描量热分析、电导电流试验、直流击穿试验。同时,利用温度可控的PEA法高速动态测量系统重点研究了70℃下不同冷却速率的LDPE试样在预击穿过程中内部空间电荷暂态行为。结果表明,冷却速率越慢,球晶尺寸越大,结晶轮廓越清晰,结晶度越高;击穿前冰水冷却试样内部出现多组空间电荷包快速迁移现象,空气冷却和缓慢冷却试样内部出现大量负极性空间电荷和少量正极性空间电荷;预击穿试验中,由于空间电荷效应引起了试样内部最大电场发生畸变:冰水冷却试样畸变率为65.1%,空气冷却为59.5%,缓慢冷却为46.6%。