交联聚乙烯(XLPE)绝缘材料已被广泛用于制造220kV及以下高压电力电缆,并且在500kV超高压线路中已得到应用。但由于聚乙烯交联反应过程中会产生低分子副产物,而且电缆生产、安装和运行过程中的诸多因素也可能使得电缆绝缘中出现缺陷,因而在高压电缆运行过程中其绝缘内易产生电树枝,影响电缆的使用寿命。非线性绝缘材料具有均化电场分布的作用,应用其制造新型结构高压电缆,可能达到抑制电树枝引发和生长的目的,有望带来良好的经济效益和社会效益。本文制备了聚乙烯和交联聚乙烯基非线性绝缘材料,测试了各材料的流变性能和机械性能,研究了各因素对复合材料电导特性和交流击穿强度的影响规律,并通过实验对比分析了添加非线性屏障层对电树枝生长的影响。同时,利用COMSOL Multiphysics软件仿真计算了带非线性屏障层的试样和电缆中电树枝端部处的电场分布,以及传统结构和带非线性屏障层的新型结构电缆中缺陷处的电场分布。研究结果表明:SiC掺量达到一定值后,增加SiC掺量或填充CB均可改善复合材料的电导非线性特性,复合材料制备工艺、交联和温度也对其电导特性有影响;所制备复合材料具有较好的电导非线性特性,采用不同形状电极测得的交流击穿强度差异不大;添加非线性屏障层能明显延长电树枝引发试样的击穿时间,减小电树枝端部的电场畸变;新型结构电缆中添加的非线性屏障层能明显改善线芯金属毛刺尖端、半导电屏蔽突起以及绝缘表面微孔等缺陷处的电场分布,有效抑制电树枝的引发和生长。