作为特高压直流电网中最重要的组成部分,换流变压器结构复杂、绝缘要求高,其安全运行很大程度上决定了直流输电系统的工作可靠性。换流变压器在运行中会承受多次操作过电压,极易诱发阀侧绕组的油纸绝缘劣化,对换流变压器安全运行造成威胁。目前关于操作冲击过电压下油纸绝缘的累积损伤特性缺乏研究,尤其是累积击穿机理以及累积后的局部放电特性鲜有报道。本文针对换流变压器阀侧绕组承受多次操作过电压导致油纸绝缘劣化及引发复杂局部放电的问题,搭建了重频操作冲击电压发生平台以及基于脉冲电流法的局部放电实验平台,设计了柱-板与针-板两种电极模型,研究了油纸绝缘在操作冲击电压作用下的累积击穿特性与机理,以及冲击累积损伤后在交直流复合电压下的局部放电特性,为操作冲击电压累积下的油纸绝缘耐受能力研究提供理论支撑。首先,研究了操作冲击电压下油纸绝缘的累积击穿特性及其机理。应用基于支持向量回归优化的Weibull分布对不同电压下的累积击穿次数进行统计分析,结果表明其累积失效概率符合Weibull分布,同时获得对应电压下的特征参数(即该电压等级下累积击穿次数的Weibull估计值),进一步拟合得到两种电极下的油纸绝缘U-N特性;对不同次数冲击累积后的残余电荷进行测量,发现残余电荷密度与注入深度随着冲击累积次数的增加而增大,而加入电荷消散过程后油纸绝缘击穿所需的冲击累积次数显著增加,表明空间电荷注入是促进累积击穿发生的重要因素,而发生击穿的根本原因是多次操作冲击电压对于绝缘纸的电损伤,且这种损伤在电场更为集中的针板电极下更加明显。其次,研究了不同因素对油纸绝缘累积击穿特性的影响。结果表明:随着绝缘纸厚度的增加,最低单次击穿电场强度E0与累积系数m均减小,E-N特性曲线出现下移,对操作冲击电压的累积耐受能力有所下降;随着热老化时间的增加,最低单次击穿电压U0和累积系数m值均减小,油纸绝缘对于操作冲击电压的累积耐受能力变弱,且参数值减小存在一定的饱和趋势,这是由于热老化过程主要破坏绝缘纸中的非晶相区,随着老化时间增加,绝缘纸劣化的趋势也变缓;波头时间对油纸绝缘的操作冲击耐受能力影响显著,随着波头时间的增加,最低单次击穿电压U0和累积系数m值均变大,油纸绝缘对陡波前操作冲击电压的累积耐受能力更小,波头时间越短的操作冲击电压作用于油纸绝缘时,流过绝缘纸的位移电流密度越大。最后,对极不均匀场下经过操作冲击电压累积后的油纸绝缘,进行交直流复合电压下的局部放电特性研究。结果表明:油纸绝缘在交直流复合电压下的局部放电集中在正负半周的上升沿和峰值附近,由于负极性直流分量抬升了负半周的电压,因此负半周的Qave与Fnc较大,未经冲击作用的油纸绝缘主要为横向类沿面放电,Qave与Fnc较小;经过200次操作冲击后,绝缘纸开始劣化,出现了纤维素杂质及气泡,还有少数放电量较大的脉冲,局放类型包含了小桥放电;经过400次冲击后,绝缘纸表面出现小凹陷,针尖与油纸界面产生一段油隙,局放类型转为流注放电,放电相位明显变宽,Qave与Fnc均显著增加;在600次冲击作用后,绝缘纸针尖处劣化严重,出现了较深的凹陷,Qave与Fnc开始下降,局放类型主要为沿面放电(不考虑气泡为纵向油纸界面的沿面放电,考虑气体的积聚则为横向的油气界面沿面放电)。