融合电力电子技术的高频变压器因具有交直流多端口接入、电能质量高度控制、多能变换与利用等一系列优势被广泛应用于新能源并网、电动汽车充电桩、海洋群岛供电、智慧城市电网建设等领域,是构建能源互联网和新能源电力系统的关键核心装备。聚酰亚胺（Polyimide,PI）因其介质损耗小,热稳定性好,绝缘性能高等优点,被广泛应用于高频变压器绕组的匝间包覆绝缘。相较于传统的工频电力变压器,高频电力变压器的工作环境更加复杂恶劣,绝缘材料往往经受微秒陡度、百千伏电压导致的瞬变重复脉冲波形、高频正弦电应力,复杂的电-热耦合的作用更易导致绝缘材料中局部电场畸变,聚酰亚胺薄膜在损耗发热和微放电作用下发生绝缘击穿。当前,针对聚酰亚胺材料的高频放电与绝缘失效行为已经开展了大量的实验研究,然而采用传统的宏观实验表征手段很难深入理解聚酰亚胺基复合材料的击穿过程与失效机理。近年来,相场理论被用来模拟纤维增强复合材料的裂纹拓展过程,借鉴裂纹与击穿发展的相似性,本文基于热力学自由能最小化原理,考虑不同外场的驱动力,建立了聚酰亚胺击穿损伤的相场模型,采用傅立叶谱迭代分析法和半隐式傅立叶谱方法求解泊松方程和与之耦合的Ginzburg-Landau方程,实现击穿路径的可视化。通过对纯聚酰亚胺击穿二维模拟,验证了相场模型的有效性,揭示了局部电场与击穿路径的关联关系。为了研究纳米改性增强绝缘的复合机理,首先研究了填料排列、形状和取向、介电常数对复合材料电场分布的影响,仿真结果表明填料的引入使得复合材料内部界面上产生电场畸变,且当填料沿电场方向距离较近时将产生电场叠加效应,进一步增大电场;介电击穿的相场模拟表明纳米颗粒和纳米片在击穿相的发展过程中均起到了阻碍作用,相较于纳米颗粒,片状纳米纤维因具有更大得阻挡面积从而有更高得击穿场强。进一步构建了气固界面沿面击穿的相场模型,研究了聚酰亚胺-空气沿面击穿的发展过程,研究发现沿面击穿的过程分为三个阶段,击穿首先开始于击穿强度较低的空气中,当电场畸变增大到聚酰亚胺击穿场强时,击穿将从界面上空气进入聚酰亚胺内部,并沿着界面发展,最终发展为界面上的闪络,在通道内聚集大量静电能。为了研究包含高热应力和高电应力的高频作用对聚酰亚胺绝缘击穿过程的影响,进一步探究了频率、温度和高温下纳米填料对介电击穿的影响。结果表明:频率极大增加了击穿过程中的焦耳热驱动力,击穿发展速度随频率升高而增大;温度升高增大了材料的介质损耗因数,从而增大了焦耳热能,使得在高温下在较低的电场强度下发生击穿,当温度从300K上升到473K时,击穿场强从212kV/mm下降到了 161kV/mm;在低温下介质损耗因数较低,击穿起始发展主要依靠静电能,在高温下介质损耗因数较高,击穿发展向依赖焦耳热能转变。含纳米填料的复合模型会在击穿过程中出现“生长停滞点”,纯PI和随机纳米颗粒以及随机纳米片的击穿相发展到90%的时间步数分别为600、660以及690,与电场方向垂直的纳米片复合模型有着更长的发展时间,是纯PI模型的1.15倍,含纳米片复合模型拥有更长的寿命和耐击穿能力。