GIS盆式绝缘子绝缘性能劣化是诱发并导致GIS设备故障的重要因素之一。以金属微粒为代表的外部缺陷和气泡/裂纹为代表的内部缺陷会引起微区电场畸变与局部放电,形成复杂电热应力,其致使基材环氧树脂绝缘介质（Epoxy resin insulating dielectric,以下简称为EP）凝聚态微结构的瓦解是盆式绝缘子性能劣化的主要原因。然而由于对EP的分子链破坏机制和绝缘劣化演变规律认知不清,导致目前盆式绝缘子劣化抑制方法仍存在较大的局限性。深入而系统的研究局部缺陷对EP绝缘性能的影响规律和劣化机制,通过调控绝缘材料本体微纳结构和引入自修复组分实现缺陷诱导介质损伤的主动抑制和自我修复,对保障GIS设备安全运行具有重要的学术意义和工程应用价值。本文以EP为研究对象,实验研究表面附着线形铝微粒和内部气泡/裂纹缺陷诱导其微纳结构演化与绝缘性能劣化的规律;构建交联环氧树脂体系分子动力学模型,分析附着微粒端部局部放电所致热应力对EP分子链的破坏过程,研究不同环境温度下体系自由体积分布和电荷陷阱能级对气泡/裂纹诱导电树生长特性的微观影响机制;在此基础上,提出采用绝缘材料本体微纳结构调控和介质自修复对静态铝微粒荷电启举、附着铝微粒诱导沿面绝缘劣化、气泡/裂纹诱导电树损伤等进行综合抑制。论文的主要研究工作与研究成果包括:（1）搭建了铝微粒在GIS缩比实验腔体内的动态行为观测平台,获得了不同尺寸线形铝微粒在盆式绝缘子表面的沉积特征,在此基础上,将铝微粒附着于EP表面,研究了不同时间电压作用下,铝微粒诱导EP表面微纳结构的演化规律和沿面绝缘性能的劣化规律;通过电树通道显微图像采集系统得到了不同环境温度下EP电树枝的生长特性,并利用激光（激发波长488 nm）诱导自体荧光原位重构了电树枝的三维形貌。结果表明,铝微粒主要沉积于绝缘子表面靠近金属外壳的区域,附着微粒端部电场应力集中诱发局部放电,导致EP沿面劣化;随劣化时间的增加,EP表面泄漏电流、粗糙度和C–Fn键含量逐渐增加而C=C键和C–O键含量不断降低;环境温度升高时,EP的起树电压下降而单位长度电树枝的体积增加,且电树形态由40°C时的树枝状向60°C和90°C时的丛状转变。（2）通过perl脚本模拟双酚A二缩水甘油醚分子与甲基四氢苯酐分子间发生的1:1开环交联反应,自动构建了交联环氧树脂体系分子动力学模型;采用Reax FF分子动力学仿真,模拟了铝微粒端部局部放电所致热应力下的交联体系裂解过程,获得了气体裂解产物和碳单质的组分演化规律与形成路径,揭示了附着微粒诱导EP沿面劣化的微观机制;采用分子动力学仿真,计算了不同环境温度下的交联体系自由体积占比和电荷陷阱能级,揭示了环境温度影响气泡/裂纹诱导EP电树枝生长的微观机制。结果表明,在铝微粒诱导局放产生的热应力作用下,EP主链C–O键断裂引起介质交联度下降,所生成的气体裂解产物（主要为脱羧反应形成的CO2）快速释放,导致EP表面粗糙度增加,与此同时碳单质C2（来源于苯醚α位碳原子或苯基醚间位碳原子）逐渐堆叠形成碳化短路通道;环境温度的升高会显著增加EP交联体系的自由体积和降低体系的陷阱能级,导致载流子对分子链的破坏作用增强,从而促进了EP内电树枝的生长以及密集程度的增加。（3）通过球磨、喷雾造粒、高温煅烧等工艺技术合成了Zn O压敏微球,采用物理共混法制备了Zn O压敏微球/EP非线性电导复合薄膜,研究了Zn O压敏微球掺杂浓度对铝微粒端部局部放电的抑制效果和微粒启举场强的影响规律,得到了最优掺杂浓度,并进一步通过COMSOL仿真揭示了复合薄膜抑制局部放电与微粒荷电的作用机制。结果表明,掺杂浓度为70 wt%时,非线性电导复合薄膜能在有效抑制微粒端部局部放电的同时将其启举场强提升至未覆膜时的2.8倍以上,其原因在于复合薄膜的电导自适应调控特性能够有效疏导微粒端部的集中电场应力,从而杜绝微粒从局放源荷电,但若继续增加掺杂浓度,则会加快由薄膜传导引起的微粒荷电速率,一定程度削弱微粒启举场强的提升幅度。（4）以液相剥离法获得的氟化石墨烯（GFS）为高导热基材,溶剂热法合成的羟基磷灰石纳米线（HAPNWs）为增韧辅料,通过真空辅助自组装和真空辅助浸渍制备了HAPNWs/GFS/EP高导热绝缘复合薄膜,并对比研究了GFS含量对附着铝微粒诱导介质沿面劣化的抑制规律与机制,得到了最佳掺杂含量。研究表明,HAPNWs:GFS=2:3时,复合薄膜的平面导热系数最高(6.2 W·m-1·K-1,较EP提升约30倍),其沿面闪络电压下降幅度由EP的24.5%减小至9.6%（以劣化至10天时为例）,其原因在于复合薄膜内定向搭接的GFS为声子提供了高效的传输途径,大幅提高介质的热应力耗散能力,随着GFS含量的增加,复合薄膜对微粒端部局放所致热应力诱导其沿面劣化的抑制效果增强,但过高的GFS含量会导致复合薄膜机械强度下降。（5）利用改进St（?）ber法合成的双亲性表面包硅γ-Fe2O3（γ-Fe2O3@Si O2）纳米粒子替代传统离子型乳化剂,采用Pickering乳液聚合法制备了具有γ-Fe2O3@Si O2/聚脲醛树脂复合壳体和紫外光敏修复液芯材的磁控微胶囊;通过磁场引导少量微胶囊迁移至针尖附近的易电损伤区域,成功制备了磁控微胶囊/EP自修复复合材料;研究了自修复复合材料的电气性能与自修复特性,揭示了磁控微胶囊对其电树枝损伤的修复机制。结果表明,复合材料二次自修复后的击穿电压恢复至无电树损伤时的90%左右,实现了在低胶囊含量下对其气泡/裂纹诱导电树损伤的连续光致自修复;通过定向磁场诱导微胶囊在易电损伤区域内富集,可大幅减少微胶囊的掺杂浓度并提高其修复效率,从根本上解决了传统复合材料中低自修复组分含量和高自修复性能难以兼顾的矛盾。