提高空气绝缘间隙的耐压性能有助于发展紧凑型电力设备,增强设备可靠性,甚至减少六氟化硫的使用。利用屏障效应,即在气隙中引入一块隔板作为屏障形成气固复合绝缘系统,可以有效地提高其击穿电压。本文搭建了材料表面电荷测量平台,通过实验研究了不同隔板材料表面电荷的积聚和消散特性,以及隔板引入气隙后的工频耐压特性和表面电荷特性。研究成果可以为设备的绝缘设计和故障分析提供参考。首先,搭建了表面电荷测量平台。对目前已有的表面电荷测量方法进行了分析,根据实际测量需要,选择了静电探头法来测量表面电荷。根据静电探头法的原理及要求设计了表面电位测量系统,其包括电荷注入模块、表面电位测量模块以及控制探头和电极运动的运动控制模块,并分析了测量系统的测量精度。测量中探头运动的控制及数据的采集和保存通过LabVIEW编写的上位机虚拟仪器来实现。制定了实验测量的步骤并编写了相应的控制程序,最终实现无人值守的自动测量。其次,研究了不同材料的表面电荷积聚与消散特性。利用所搭建的表面电位测量系统,研究了不同充电时间下不同材料表面电位的分布图与初始值变化;固定充电时间,通过对表面电位衰减过程的测量得到不同衰减时刻下材料表面电位的分布情况及材料表面电位随时间的衰减情况。实验结果表明:在相同的充电条件下,不同材料的初始表面电位不同;材料表面电荷主要通过向材料体内传导消散;不同材料的表面电荷消散速度有明显的区别,且初始表面电位较低的材料表面电位衰减也较快。然后,研究了不同材料隔板引入气隙后气隙的工频耐压特性及其与隔板材料特性的关系。选择不同材料隔板引入气隙间的不同位置进行了工频击穿实验。利用上一章得到的材料表面电位衰减特性,建立数学模型并反推出材料的属性参数。结果表明:用表面电荷积聚较少且衰减较快的材料作为隔板时绝缘系统能耐受更高的工频电压,这种材料具有的特性为较大的体积电导率和较浅的陷阱能级。此结论可为隔板材料的选择提供参考。最后,研究了隔板应用在气固复合绝缘系统中时其表面的电荷特性。通过将隔板悬浮并测量其表面电位衰减特性获得了隔板在绝缘系统中时正负电荷在其上的消散特性。通过测量电压波形获得击穿时的电压极性。拍摄电弧路径并与击穿后隔板表面剩余电荷分布进行对比获得二者间的关系。结果表明:隔板悬浮后其表面电位衰减变慢;间隙击穿时均为正极性击穿;电弧路径经过的地方会剩余较多的正电荷或带走所有的正负电荷。