作为特高压直流输电系统的关键设备,换流变压器的绝缘状态将直接关系着电力系统的安全可靠运行。换流变压器在运行过程中需要承受直流电压,作为其主要绝缘介质的变压器油直流电压下绝缘性能的提高,对减少故障意义重大。变压器油的纳米改性为此提供了新的思路,纳米改性变压器油具有优异的电气性能,但对其在直流电压下的放电特性研究不足。电晕放电作为变压器油中局部放电主要形式,其持续发展将损害变压器绝缘。因此,变压器油中电晕放电的发展过程,以及纳米粒子对于电晕放电的影响机制,都需要更加深入的研究。本文首先以二氧化钛和二氧化硅纳米粒子作为改性材料,采用二步法制得了相应的纳米改性变压器油,测量了纯油和纳米油在直流电压下的击穿电压和局部放电起始特性。测量结果表明,两种纳米粒子均能提高变压器油的负极性直流击穿电压和负极性局部放电起始电压,二氧化钛纳米粒子对变压器油击穿电压的提高效果更加明显,但它们对正极性直流击穿电压基本没有改性效果。搭建了针板间隙变压器油电晕放电测量平台,测量了纯油和纳米油在直流电压下电晕放电的图像、脉冲电流信号、电晕发光信号的特性,研究了纳米粒子对电晕放电特性的影响。研究表明,纳米粒子对负极性直流电压下电晕放电均有抑制作用。纳米粒子的加入使电晕面积减小,二氧化钛纳米粒子的效果更显著。纳米粒子的加入均明显抑制了电晕脉冲电流的频度和幅值和与之对应的电晕光脉冲的频度和幅值。测量了纯油和纳米油中的陷阱分布和离子迁移率,发现纳米粒子的加入降低了陷阱能级,提高了陷阱密度,而且显著降低了变压器油中离子迁移率。在此基础上提出了直流电压下纳米油中电晕放电发展模型,解释了电荷输运过程在电晕放电发展过程中的作用,揭示了纳米粒子对直流电压下电晕放电的影响机制。在负极性直流电压下,纳米粒子在电场作用下被极化,表面捕捉电子而减少了电子数量,同时引入了大量浅陷阱使阴极发射的电子从电离区快速逃脱,这两个过程都会阻碍电子与油分子发生碰撞电离,抑制电子崩的形成;更重要的是,极化捕捉作用形成移动缓慢的带负电的纳米粒子,相当于增大了负离子的数量,抑制了针尖处的电场强度,因此纳米粒子的加入抑制了电晕放电。另外电极间贯穿性的流注通道难以形成,提高了击穿电压。