纤维素绝缘纸-矿物油复合绝缘体系是油浸式电力变压器的重要组成部分,其性能直接影响变压器的安全稳定运行。由于绝缘纸的主要成分天然纤维的分子结构中存在大量的羟基,使得其极性较强,介电常数与损耗较高;浸油后,其介电常数约为矿物绝缘油的两倍。根据双层电介质等效模型,在交变电场下,油中承担的电场强度约为纸中的两倍,而油的击穿电场强度远低于纸,于是绝缘油成为组合绝缘的薄弱环节。因此,降低绝缘纸的极性,不仅可以降低绝缘纸的介电损耗,而且可有效地缩小矿物绝缘油与绝缘纸介电常数的差距,进而均匀油纸绝缘组分的电场强度,提高设备运行的可靠性。现有改性方法多以牺牲绝缘纸机械性能为代价,无法满足应用要求;而人工合成纤维制备的绝缘纸,存在价格昂贵、核心技术被外企垄断、浸油率不佳等缺点,尚未得到广泛应用;此外,未应用科学的“仿真指导实验研究”方法,使得改性效率较低且盲目。因此,采用更科学的分析方法,设计改性方案,制备一种低介电常数和损耗的改性纤维素绝缘材料,对我国电力设备及绝缘材料制造行业具有重要的工程价值和战略意义。本文首先基于分子动力学,探究纤维素体系的介电性能:静态介电常数εs的计算方法和介电损耗的分子动力学评价参数,并通过对比三种纤维体系的仿真和实验结果,证实介电性能计算方法和参数评价方法的有效性;提出一种网状纤维素分子结构方案以降低纤维素绝缘纸介电常数和损耗,同时对其他基本性能无负面影响;利用该评价参数,对实现该网状结构的重要参数:交联剂进行选型,并探究其浓度和交联度对纤维素体系介电、机械和热稳定性能的影响,确定交联改性纤维素网状结构的制备方案;依据该方案指导实验研究,优选并制备出与方案中分子结构和交联度相吻合的柠檬酸交联网状结构低介电常数纤维素绝缘纸。该制备方法无需在打浆阶段介入,可直接对已成型的绝缘纸进行改性;研究改性前后绝缘纸与矿物绝缘油组合体系的电气性能和运行稳定性,评估其作为油浸式电力设备绝缘材料的优越性。论文取得的主要成果如下:（1）研究了纤维素分子结构对其介电性能影响的理论计算方法,提出了基于分子动力学的纤维素介电参数计算流程。针对缺乏仿真计算纤维体系εs的方法的现状,以偶极矩波动方程为核心,通过纤维素体系的周围连续介质介电常数、最低模拟时长和偶极子相互作用形式等关键计算参数的确定,实现了表征纤维素介电特性的静态介电常数的准确计算。该方案中三个关键参数,纤维素体系的周围连续介质的介电常数εRF→∞、最低模拟时长15 ns、偶极子的相互作用的计算引入Reaction field approximation;针对介电损耗的计算方法耗时长的问题,提出采用均方位移和极化率两个参数评价纤维体系的介电损耗,以提高预测纤维体系介电损耗的效率;提出结合氢键、自由体积分数和极化率三个仿真参数揭示体系介电损耗的机理;通过对比三种纤维素绝缘纸介电性能的仿真理论值和实验值,证实了纤维体系该理论计算方法的有效性。（2）提出了一种具有三维网状特征的纤维素分子结构,以实现降低纤维素极性的同时保留其机械性能的目的。通过对纤维素介电、机械和热稳定性能的理论计算,筛选构建三维网状结构的关键参数,交联剂种类和交联度,以指导实验制备工艺。首先在应用最广泛的三种多元羧酸:柠檬酸CA、丁烷四羧酸BTCA和马来酸MA中,优选CA作为改性纤维素绝缘纸的交联剂;探究交联改性纤维素体系的基本性能随交联剂浓度和交联度的变化规律,当交联剂与纤维素分子链完全交联反应,随着交联剂浓度的增加,纤维素体系中极性基团数量减少,使得极化强度和εs降低;氢键数量的增加与网状结构的形成阻碍了分子链的运动,进而降低了介电损耗;当反应达到饱和,随着交联剂浓度的进一步增加,未反应的-COOH不仅会增大体系的极化率和εs,而且加剧分子链的运动强度,导致取向运动增加,介电损耗的升高,同时对热稳定性和机械性能均会产生负面影响。（3）在实验室成功制备出具有网状结构CA交联改性纤维素绝缘纸,通过探究CA浓度和固化温度对柠檬酸交联网状纤维素绝缘纸的介电性能、机械性能、击穿性能和体积电阻率的影响规律,优化了固化温度和交联剂浓度等关键制备工艺参数。与未改性绝缘纸相比,优选工艺条件下制备的柠檬酸交联网状纤维素纸的固体部分的介电常数和损耗分别降低了15.39%和29.78%;除体积电阻率外,柠檬酸改性对绝缘纸的其他性能均未产生负面影响。X射线光电子能谱（XPS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和溶解实验证实了CA交联绝缘纸中网状结构的存在。（4）开展了柠檬酸交联网状结构纤维素绝缘纸与矿物油复合体系的电寿命、局部放电与加速热老化实验,证实了改性绝缘纸组合体系具有优异的电气绝缘性能,此外改性对绝缘纸与矿物绝缘油的长期运行兼容性的影响较小。1-5 mm间隙下,柠檬酸改性绝缘纸-绝缘油体系的交流击穿电压均高于商业绝缘纸绝缘油体系;当外施电压为34 k V时,与1 mm间隙的商业绝缘纸-绝缘油体系相比,改性组合绝缘体系放电重复率和放电能量分别降低了49.00%和46.47%;改性绝缘纸的电寿命指数提升了37.94%。在130℃加速热老化过程中,在老化70天时,两种绝缘纸的抗张强度均达到寿命终点,且抗张强度的下降速率和热寿命相近;老化过程中绝缘纸的交联改性对矿物绝缘油性能的影响较小。