换流变压器是高压直流输电系统核心设备,阀侧套管油纸绝缘在实际工况下受直流叠加谐波和脉冲复合场等综合作用,是引发绝缘失效故障的根源。本文以直流叠加谐波和脉冲电场下油纸绝缘电荷积聚与沿面闪络特性为对象,分析油纸绝缘在引入水分和温升等工况下电荷输运特性,研究复合电场对油纸绝缘电荷积聚和沿面闪络作用机理,提出绝缘纸表面改性方法,以期为换流变压器阀侧套管绝缘设计提供理论与实验基础。论文取得的成果如下:(1)基于直流叠加谐波电场测得的油纸绝缘电荷及沿面闪络特性,发现谐波分量使油纸绝缘电荷积聚增多,试样表面电场畸变程度加剧,导致沿面闪络电压随着谐波幅值增大而下降。发现在油纸绝缘热老化初期,直流叠加不同比例谐波电场下深陷阱密度差异更明显,使电荷积聚受谐波影响加剧;随着热老化程度加剧,油纸绝缘产生羰基增多,深陷阱能级增大,电荷积聚增多,使电荷积聚受谐波影响被削弱。发现在油纸绝缘含水量较少时,直流叠加不同次数谐波电场下深陷阱密度差异较大,使电荷积聚受谐波影响较大;随着含水量增大,油纸绝缘浅陷阱密度增大,电荷消散变快,使电荷积聚受谐波影响被削弱。(2)基于直流叠加脉冲电场得到的油纸绝缘电荷及沿面闪络特性,发现随着试样温度升高,直流预压阶段油纸绝缘电荷消散变快,电荷积聚减少,使直流叠加脉冲阶段注入至试样表面同极性电荷增多,电荷积聚随着同极性脉冲幅值增大而升高趋势更明显,电荷积聚受脉冲影响加剧。发现当异极性脉冲幅值不大于直流电压时,电荷积聚随着脉冲幅值增大而升高;当异极性脉冲幅值大于直流电压时,电荷积聚随着脉冲幅值增大呈现先升后降趋势,使直流叠加异极性脉冲电场下沿面闪络电压高于同极性脉冲情况,均随着直流电压增大而下降。(3)为了抑制油纸绝缘电荷积聚,采用表层分子结构调控对绝缘纸进行改性,发现改性绝缘纸的纤维素分子结构羟基减少,氢原子被替换为氟原子,形成碳氟键,改性油纸绝缘具有束缚电子作用,在直流叠加谐波和直流叠加脉冲电场下由氟化层俘获电子形成屏蔽,阻碍电荷向试样内部注入,避免被试样内部深陷阱俘获,使注入电荷消散速度变快,电荷积聚减少。发现改性试样陷阱能级分布在不同复合电场下变化较小,使不同谐波和脉冲条件下试样表面电荷积聚差异较小,削弱谐波与脉冲对电荷积聚影响,提高油纸绝缘耐闪络特性。