高压直流输电技术以其传输容量大且损耗小等独特优势,在远距离输电中得到快速发展。然而直流电力设备的绝缘问题是制约直流输电技术的瓶颈,目前环氧树脂广泛用作高压输电线路、断路器、高压套管等设备的绝缘材料,环氧树脂的绝缘强度引起了人们的广泛关注。气-固系统交界处是绝缘系统的薄弱点,因为电场不均时常导致沿面放电甚至闪络。沿面闪络特性受表面电荷极性和绝缘表面电场分布影响,但表面电荷与沿面闪络特性之间的相关性仍需深入研究和阐明。首先研究了直流电压下SF6气体中环氧树脂基底绝缘材料表面电荷积聚和消散特性,基于表面电荷分布规律,揭示了表面电荷积聚和消散机理,并阐明了表面电荷积聚与闪络特性之间的相关性。研究发现平面压接电极下绝缘表面主要积聚同极性电荷,且主要分布在高压电极附近,直流电压幅值越大表面电荷密度越大。表面电荷分布形态具有较强的极性效应,在正极性电压下表面电荷主要集中于高压电极附近,在负极性电压下表面电荷比较分散,高压电极附近存在的低密度电荷区是由电极注入、反向放电和气体电离共同作用的结果。表面电荷消散包括两个阶段,满足双指数函数定律,快速消散阶段对应于电荷从较浅能级的陷阱中脱陷;慢速消散阶段对应于电荷从更深能级的陷阱中脱陷。绝缘表面的预沉积电荷对沿面闪络特性有很大的影响,预沉积的正电荷会提高正极性闪络电压,而降低负极性闪络电压,正、负沿面闪络电压的差异是由于不同极性直流电压下表面电荷分布的差异造成的。研究了SiC/环氧树脂和TiO2/环氧树脂对环氧树脂基底表面电荷在多因素作用下的积聚、消散和沿面闪络特性的影响,发现随着SiC和TiO2复合涂层含量增加,环氧树脂基底陷阱能级降低,陷阱数量增多,试验温度升高可提高绝缘介质的电导率,增加了电荷消散速率,SiC和TiO2复合涂层低含量（5%wt、10%wt、20%wt）、低试验温度（20℃、40℃）时,表面电荷衰减速率较慢,SiC和TiO2复合涂层高含量（30%wt、40%wt、50%wt）、高试验温度（60℃、80℃）时,表面电荷衰减速率较快;SiC/环氧树脂和TiO2/环氧树脂闪络电压随SiC和TiO2含量增加呈先降低后增高再降低的规律,SiC含量为30%wt时,SiC/环氧树脂复合涂层正极性最大闪络电压为23.68k V,负极性闪络电压为-25.51k V,分别比纯环氧树脂增加20.5%和18.9%,TiO2含量为40%wt时,TiO2/环氧树脂复合涂层正极性最大闪络电压为18.2k V,负极性闪络电压为-18.34k V,比纯环氧树脂增加15.1%和10.9%。最后,建立了电-热多物理场耦合的电荷分布仿真模型,并基于切片环氧树脂样本仿真结果与第三、第四章实验研究对比,验证了仿真模型的正确性。随后,将该仿真模型用于真型盆式绝缘子,研究了电-热耦合场下真型盆式绝缘子表面电荷、沿面电场分布与绝缘子表面电导率之间的关系,发现最优表面涂层电导率为2.15×10-15S/m能最大限度降低绝缘子表面电荷积聚,提出通过调控涂层参数改善盆式绝缘子电场及电荷分布的涂层设计方案。