交联聚乙烯电缆是电力系统的重要组成部分,被广泛运用在交直流输配电网中。空间电荷的积累会畸化绝缘内部场强,加速绝缘老化,严重时甚至会击穿,影响电缆使用寿命。本文通过实验与仿真两种方式对同轴电缆绝缘内部的空间电荷特性进行研究,完善电缆绝缘的空间电荷评估和检测方法。同轴结构测量系统相较于传统切片平板结构方式,能够更全面便捷地获得电缆绝缘的空间电荷分布情况。本文成功研制了可以用于交直流电场的同轴结构空间电荷检测系统,改进测量电极模块,通过两种不同的耦合方式,拓展脉冲源的适用范围,提升测试的灵活性。并基于此设计了两种方案实现对于较厚和较薄两类厚度差异较大的电缆的高质量空间电荷测量,并对不同厚度的电缆进行测试,被测电缆实测厚度范围从2.4 mm至22.4 mm,系统实测最高直流电压320 kV,验证了测试系统的可靠性。在交流电场下,该同轴结构测量系统基于自动均分移相原理,在不设置相位检测及同步模块的前提下可实现高达1.79°相位分辨率的空间电荷检测,实现对工频交流电场下的均分、自动移相。通过不同场强下对电缆绝缘内部的空间电荷的检测,表明系统可在工频交流电场下长期稳定运行,并且通过提出的两种相位识别分析模式,有效克服了由工频电场的频率波动带来的干扰和误差。对两种厚度较薄的电缆(厚度2.4-4.0 mm)的同轴结构空间电荷测量结果表明对于掺杂纳米的不同厚度模型电缆,在较高电场外电极附近出现异极性电荷积累,短路过程中电荷分布特性呈现较高的一致性,表现为电极附近的异极性电荷积累。对于不同老化方式的电缆,老化方式的不同导致其空间电荷分布特性的不同。加压条件下,水老化电缆电荷积累最多,未老化与高温老化次之;短路条件下,未老化电缆电荷量最多,水老化电缆次之,高温老化电缆最少。通过建立同轴结构下的载流子输运模型,并求解同轴结构下的泊松方程、传导方程和连续方程计算试样内部的空间电荷分布。利用该模型在交、直流电场下对同轴结构电缆分别进行了空间电荷数值模拟,并与实验结果相对比。两者的对比结果可以说明该模型可以对不同类型的电荷积累趋势进行模拟,与实验结果有着较高的一致性,证明了该模型的可行性。