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油浸式电力变压器因其具有低损耗、散热性能好、绝缘性能相对优越等优点在电网中一直得到广泛的应用,其内部绝缘系统由绝缘油和绝缘纸共同构成,绝缘系统的性能直接决定着变压器的服役寿命。随着我国输电电压等级的不断升高,对变压器内部的油纸绝缘性能要求也在不断提高,传统的油纸绝缘系统已经难以满足当今高压输电设备的绝缘要求。在变压器运行过程中,绝缘油可以通过更换的方式解决绝缘性能下降的问题,绝缘纸无法更换,故提升绝缘纸的性能成为提升油纸绝缘系统性能的关键环节。而近年来,纳米粒子对高分子绝缘材料的改性逐渐成为了研究热点,在纤维素绝缘纸领域也得到一些应用,但均只从宏观试验的角度进行研究分析,难以获取纳米粒子与纤维素绝缘纸之间相互作用的微观机制。而且,水分是除温度以外绝缘纸老化的最大“敌人”,目前使用纳米粒子对绝缘纸进行改性的研究尚未考虑如何更好的抑制水分对绝缘纸性能的影响。因此,探索出一种既能提升绝缘纸性能又能抑制水分对绝缘纸性能影响的方法,并对其微观机制进行分析具有重要的实际意义和学术价值。本文研究了纳米SiO2掺杂改性油浸纤维素绝缘纸的微观机制。首先通过分子动力学和量子化学的方法对不同聚合度的纤维素无定型模型进行研究,从物理化学特性方面分析得到模型的性能达到稳定时的稳态最小聚合度。然后,使用分子动力学的方法研究不同形状及尺寸的纳米SiO2对纤维素的掺杂改性效果,获得相对最佳的纳米粒子形状及尺寸。最后,从分子动力学及量子化学的微观角度研究表面接枝三聚氰胺的纳米SiO2与油浸纤维素绝缘纸在热场、水环境、电场条件下的相互作用,并与试验结果进行对比分析,得出纳米SiO2对油浸纤维素绝缘纸热稳定性和电气性能影响的微观机制。本文研究得到的主要结论如下:（1）基于稳态最小聚合度建立纤维素无定型模型的研究:对建立的不同聚合度的纤维素无定型模型从力学性能和化学性能两方面进行研究,结果表明纤维素聚合度大于等于10时,建立的无定型模型的力学性能趋于稳定,模型中溶解度参数趋于稳定时的最小聚合度为8,前线轨道能级趋于稳定时的最小聚合度为2,最终得到建立纤维素无定型模型时选取的稳态最小聚合度为10,以此为基础建立的模型兼顾了材料的物理化学特性,能代表绝缘纸纤维素的真实性能。而且,选取稳态最小聚合度进行建模计算能提高仿真研究的效率。（2）纳米SiO2形状及尺寸对纤维素掺杂改性的影响研究:使用分子动力学模拟研究表明纳米粒子的尺寸增大会导致复合模型中的力学性能降低,结合能在增大,纳米粒子单位表面积键能、模型的内聚能密度逐渐减小。在纳米尺寸为523.61?3时,复合模型的溶解度参数与纤维素的比较接近,尤其是球形纳米粒子掺杂改性的复合模型的溶解度参数与纤维素的最为接近。综合分析得出,球形纳米SiO2粒子尺寸在半径为5?时对绝缘纸纤维素的掺杂改性效果相对最佳。（3）纳米SiO2对油浸纤维素绝缘纸热稳定性的影响研究:使用分子动力学模拟研究结果表明,在纳米SiO2粒子含量为5%时模型中力学性能相对最佳;表面不饱和的Si原子进行-OH处理,不饱和O原子进行H处理的纳米SiO2粒子更接近于真实情况;改性模型中均方位移、自由体积分数出现明显跳变的温度比未改性模型的提升了50 K左右。在有水的条件下,三聚氰胺接枝的纳米SiO2改性后的纤维素模型力学性能最佳,玻璃化温度比未改性模型的提升了69 K;随着温度的升高,模型中氢键数目在下降,但加入纳米SiO2改性后能更好的保护纤维素链,使得纤维素之间和纤维素内部的连接不被水分子破坏。表面接枝三聚氰胺的纳米SiO2粒子对油-纤维素在水环境下的力学性能有较好的提升效果,在温度为650 K时,改性模型中的弹性模量和剪切模量相较于未改性模型的分别提升了53.3%和71.6%;改性模型中水分子的均方位移出现第一次明显跳变的温度、运动轨迹区域出现明显变化的温度都较未改性的提升了50 K左右,而改性模型中自由体积分数出现明显跳变的温度比未改性模型的提升了60 K左右。将模拟计算结果与试验结果进行对比分析表明,表面接枝三聚氰胺的纳米SiO2含量为5%时改性绝缘纸热稳定性得到较好的提升。（4）纳米SiO2对油浸纤维素绝缘纸电气性能的影响研究:使用量子化学的方法对纤维素-油模型（CY）、纤维素-油-水模型（CYH）以及表面接枝三聚氰胺的纳米SiO2粒子改性纤维素-油-水模型（CYHN）的微观击穿特性进行研究,结果表明模型中HOMO能级差、能量差出现明显增大的电场强度大小均为CYHN>CY>CYH;初始状态下,CYHN模型的能隙分别是CY、CYH模型的2.24倍和2.57倍;随着电场强度的增大,价电子开始成为自由电子出现跃迁现象,最终导带和价带连成一体,导致完全击穿,但CYHN模型的能隙出现明显减小时的电场强度依然最大。将模拟计算结果与试验结果进行对比分析表明,在纳米SiO2粒子含量为5%时,三聚氰胺接枝的纳米SiO2粒子改性纤维素绝缘纸的击穿电压相对最高,从宏观及微观的角度表明表面接枝三聚氰胺的纳米SiO2粒子对绝缘纸进行改性能提升其击穿特性。