随着输电电压等级的提高,空间电荷对换流变压器内油浸纸板绝缘性能的影响显著增强。如何抑制空间电荷的积累是高压的重要课题。调研发现TiO2纳米颗粒掺杂改性,在解决空间电荷问题上显示出巨大的潜力。TiO2纳米颗粒的改性与其引入的两相界面相关,而两相界面的形成与其尺度和表面修饰密切相关。因此有必要研究TiO2纳米颗粒尺度和表面修饰剂用量对油浸纸板沿面闪络改性的影响,以便进一步探索改性机理。本文首先制备了不同尺度(5nm,10nm和15nm)和不同修饰剂用量(无,适量和过量)的TiO2改性油浸纸板,并在正负雷电冲击下测试了油浸纸板的沿面闪络电压。其次利用等温表面电位衰减装置测试了油浸纸板的表面电位衰减曲线,并通过T.J.Sonnostine模型计算出油浸纸板的电子,空穴陷阱参数。最后,结合流注发展图像,采用气泡模型分析了 TiO2纳米颗粒引入的浅陷阱对油纸界面流注发展的影响。由于TiO2纳米颗粒可以改变油和纸板的介电常数,因此文章还研究了介电匹配程度对油浸纸板沿面闪络电压的影响。雷电冲击下的沿面闪络结果表明:TiO2纳米颗粒尺度从15nm降低到5nm时,正极性雷电冲击沿面闪络电压提高比例从1.1%增加到17.43%,负极性闪络电压提高比例从5.86%增加到32.48%。油酸则是通过改变纳米颗粒在油中的分布状态间接影响改性效果:未经油酸修饰的Ti02改性效果最差,经适量油酸修饰的纳米颗粒改性效果最好,添加过量油酸后纳米颗粒改性效果降低。等温表面电位衰减实验结果表明:纳米颗粒可以加快纸板表面空间电荷的消散,并且TiO2的尺度越小,电荷消散越快。其中负电晕充电下的纯油浸纸板表面电位从初始值衰减到接近零值需要2*105S,而5nm,10nm和15nm TiO2改性油浸纸板所用时间依次为40S,80S和7000S,快了 2～4个数量级,正极性电晕充电下的电位衰减比负极性下的略微缓慢。油浸纸板陷阱参数表明:TiO2纳米颗粒能够降低油浸纸板陷阱能级,增加浅陷阱密度,加快空间电荷消散。浅陷阱加快纸板表面电子的运动速度,使得流注头部出现与流注通道相同极性的空间电荷,产生一个与外施场强方向相反的电场来抑制流注发展,进而提高沿面闪络电压。TiO2纳米颗粒不但能够增加浅陷阱密度,同样会提高油和纸板介电常数匹配程度来降低纸板表面的极化电荷量。因此,TiO2纳米颗粒是通过增加浅陷阱密度和提高油纸介电匹配程度来提高油浸纸板沿面闪络电压。