水树老化是交联聚乙烯（XLPE）电缆老化的一种重要老化形式,当电缆绝缘中出现了水树枝,会对绝缘造成很大危害,从而影响电缆的寿命,威胁电力系统的安全运行。由于XLPE电缆的微观水树检测具有破坏性,而宏观介电性能检测无法直接得出电缆内部水树的生长状况,因此如何将XLPE电缆水树的微观形貌与宏观介电性能相结合,准确、无损地判断出XLPE电缆内部的水树老化程度,对电力系统的安全运行有着重要意义。本文针对XLPE电缆的水树老化问题,基于改进的水针电极法搭建了电缆的水树老化平台,对XLPE电缆进行了加速水树老化。基于极化去极化电流法（PDC）设计了PDC电路并根据电路搭建了PDC测试实验平台,在不同测试电压下测试了不同老化阶段电缆的极化/去极化电流,并基于PDC的测试结果推导得出了电缆的一系列介电性能参数。将电缆切片进行了微观观测,包括光学显微镜观测、扫描电子显微镜（SEM）观测、X射线能量色散谱（EDS）测试、红外光谱（FTIR）测试。宏观测试方面,分析了在不同老化时间、不同测试电压下电缆的PDC测试结果,发现电缆的去极化电流随老化时间的增长而变大;在不同极化电压下,未老化的电缆去极化电流随测试电压倍数等比增大,而水树老化电缆的去极化电流增大的速率越来越慢,呈现出明显的非线性特征。根据PDC测试结果计算了电缆的老化因子、直流电导率以及0.1Hz介质损耗因数,发现以上参数均随老化时间的增长而增大,且并非呈正比例关系。微观测试方面,通过光学显微镜观测,建立水树生长的模型计算了电缆的水树密度,对PDC测试得到的电缆的宏观参数与微观水树密度进行了相关性分析,根据相关系数建立了一种新的表示XLPE电缆内部水树生长密度的数学模型,成功将电缆内部水树的微观结构与宏观测试参数进行了结合。为了定量分析XLPE电缆的EDS与FTIR测试结果,提出了一种新的参数（碳氧指数）来定量描述水树区域EDS结果的变化。通过对不同老化阶段电缆水树区域的EDS测试发现,老化时间越长,碳氧指数越大,且增大的速率越来越快。提出了一种新的参数（含水指数）来定量描述水树区域FTIR结果的变化。通过对不同老化阶段电缆水树区域的FTIR测试发现,发现老化时间越长,含水指数越大。