换流变压器是直流输电系统的核心设备之一,其运行时阀侧绕组附近绝缘需承受交直流叠加电压作用,在此电压下油纸绝缘内部电场分布复杂,且油浸纸板内部空间电荷积聚问题严重。国内外学者关于换流变压器绝缘问题已开展大量研究,且主要集中高温与常温。随着我国直流输电工程陆续在北方高寒地区建设,换流变压器将面临低温挑战,但有关低温条件下换流变压器绝缘特性尚不明确,无法对换流变压器绝缘设计和安全运行提供理论依据,因此有必要开展低温下油纸绝缘介电与击穿特性研究。为研究低温下水分对油纸绝缘介电特性的影响,在实验室开展了不同温度及水分下变压器油及油浸纸板电导率、相对介电常数、介质损耗因数的测量,结果表明:随着温度降低,变压器油及油浸纸板电导率呈下降趋势;水分对变压器油相对介电常数与介质损耗因数影响较小;而水分对油浸纸板的相对介电常数及介质损耗因数影响明显,温度降低会明显减弱水分对两者的影响。为研究温度及水分对油浸纸板空间电荷分布特性的影响,基于电声脉冲法在实验室搭建高低温空间电荷测量系统,空间电荷测试结果表明:温度及水分对油浸纸板空间电荷的迁移、积聚及消散影响较大,试样内部空间电荷随温度升高呈先上升后下降趋势。为研究水分对油浸纸陷阱能级分布的影响,搭建等温表面电位衰减试验平台,结果表明含水率增加可使油浸纸陷阱能级变浅,致使短路时空间电荷消散加快。为模拟不同温度下油浸纸板空间电荷积聚特性,在双极性电荷输运模型基础上引入杂质离子输运仿真,仿真结果表明:该模型可较好模拟油浸纸板空间电荷测量结果,其平均体电荷密度随温度变化趋势与试验结果相一致。为研究复合电场下油纸绝缘低温击穿特性,在实验室搭建低温击穿试验平台,开展了变压器油、油浸纸、油纸复合绝缘击穿特性研究,结果表明:随着温度降低,低含水率变压器油击穿场强呈上升趋势,高含水率变压器油击穿场强则呈先降低后升高的趋势;变压器油击穿场强随外施电压直流含量增加呈下降趋势,且在常温附近水分对其击穿场强影响较大。油浸纸击穿场强随外施电压直流含量增加呈上升趋势,水分对高直流含量击穿场强影响较大。随着温度的降低,低含水率油浸纸的低直流含量击穿场强呈上升趋势,高直流含量击穿场强呈下降趋势;而高含水率油浸纸的击穿场强随温度降低呈上升趋势。油纸复合绝缘平均击穿场强随外施电压直流含量增加呈先升高后下降的趋势。根据以上研究结果,建立复合电场下油纸绝缘击穿模型,其计算结果与试验结果变化趋势相一致,可为换流变压器绝缘设计提供参考。