在高压直流输电系统中换流变压器担任着重要的角色,其主绝缘主要是由变压器油和绝缘纸板构成,工作时该主绝缘将承受直流、交直流叠加及极性反转电压的作用。由于电阻率及相对介电常数的差异,将导致在直流电压作下油纸绝缘界面积聚空间电荷,并对油绝缘的击穿特性产生重要的影响。为此,研究油纸绝缘内部空间电荷的注入和积聚机理,有利于揭示油纸绝缘空间电荷积聚与其电气性能的关系特性,以改进油纸绝缘的材料及结构性能,提升换流变压器油纸绝缘的整体性能,减少换流变压器绝缘事故的发生。本文所开展的研究工作包括:在综合国内外空间电荷测试技术的基础上,根据电声脉冲原理设计并制作了一套具有温度梯度的油纸绝缘空间电荷测试系统,包括:电极系统、高压脉冲源、加热与制冷单元、信号采集单元及信号恢复软件等,可实现不同温度梯度下油纸绝缘空间电荷的测试。在此基础上,在实验室中测量并研究了单层油纸和双层油纸在不同电场强度下的空间电荷积聚和消散特性,以及油纸在不同温梯(0℃、20℃、40℃)下空间电荷的集聚和消散特性。同时还测量了空间电荷对极性反转电压下油纸绝缘电场分布产生的影响。研究结果表明:随着施加电场强度的增大,场强畸变率明显增大。在双层介质的交界面处积聚与相邻电极极性相反的空间电荷。双层纸板界面处空间电荷的积聚造成场强畸变率明显高于单层纸板的场强畸变率。温度梯度对油纸绝缘的空间电荷特性有显著的影响,温度梯度造成电场严重畸变,随着温度梯度的增大,内部场强畸变程度先变大后变小。随着对纸板的施加场强越大,去压后纸板内积聚的空间电荷密度越大,电荷注入的陷阱越深;温度梯度越大去压初期纸板内积聚的电荷密度峰值越大;温度梯度越大消散后纸板内电荷量剩余的越少。由于空间电荷的存在造成施加在纸板上的电压在发生极性反转时电场严重畸变。