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随着电力负荷需求的持续增长以及特高压电网的规模化建设,对电力设备的可靠性水平提出了更高的要求。油浸纸套管（简称套管）广泛应用于电力变压器出线组件,是发展超特高压电力系统最先试制的绝缘结构。油浸纸套管受潮缺陷问题已经成为影响电力变压器安全运行的主要因素之一。油浸纸套管内绝缘为多层缠绕内置铝箔的电容式结构,绝缘结构的差异导致套管受潮过程与变压器油纸绝缘不同。现有油纸绝缘的受潮研究不能支撑套管受潮阶段的诊断,受潮程度诊断缺乏有效判据。现有试验规程中标准及方法,并不能对受潮缺陷套管有效诊断。现有基于频域介电谱的XY模型水分定量诊断方法,主要用于油浸纸板结构的水分评估,对于含铝箔的套管结构绝缘受潮诊断适用性并不明朗。此外,现场受潮缺陷套管内部往往存在粘稠状的蜡状物,国内外对其成分及分子式研究不详,缺乏对套管蜡状物检测与诊断研究。因此,现有套管受潮缺陷诊断方法不能满足实际套管缺陷诊断要求,非常有必要开展套管受潮缺陷劣化过程及特征研究,为套管绝缘受潮诊断提供依据。为了研究油浸纸套管受潮过程和现象,本文设计了材料、工艺、场强与实际套管一致的透明护套的套管模型,搭建了高电压大电流试验研究平台,具备对套管受潮过程、放电现象及产气现象进行实时拍摄,对局部放电、介损、电容量等特征量进行带电检测,对频域介电谱进行离线检测;具有对两支常规的72.5kV套管同时施加1000A电流、1OOkV交流电压的功能。利用超声加湿的受潮方式,研究了受潮过程中水分分布特征,发现了套管受潮的水分分布规律:在水分浓度梯度作用下,水分子通过套管密封最薄弱点渗透到套管油枕的空气腔,并以凝露、溶解、吸附或沉积的方式侵入套管内部;潮气遇冷在头部金属内壁及导杆表面凝结成水珠,然后在重力作用下逐渐沉积到尾部,引起套管尾部受潮。水分与表面油层接触并溶解,油中含水量先升高,在浓度梯度驱动下油中水分逐渐被芯子吸到纸中,导致油中含水量下降,电容芯子受潮。再次,油中的悬浮水吸附到芯子表面,形成芯子表面严重的局部受潮。套管芯子内部内置大量的铝箔,铝箔对水分有阻隔能力,阻断了部分水分的径向迁移,进而使得芯子内层受潮比较缓慢。芯子上部出现的极端受潮区域,但其数量及分布情况具有随机性;芯子内层含水量随着受潮时间增加其受潮区域的增多;整体上,电容芯子最大含水量具有随机性,平均含水量与最大含水量具有相关性。从介质损耗角正切值、电容量、局部放电等维度获得套管受潮过程表征参数:工频电压下介质损耗角正切值随时间呈现先上升后下降的趋势;电容量与介损变化规律相同,但变化量少。受潮劣化的早期,1.2Um电压下的介损较1OkV下介损增量0.2%;受潮劣化的晚期,水分迁移到极板边缘附近,1.2Um,电压下畸变电场,引起严重的放电现象,放电谱图呈现沿面放电特征。在72.5kV试验平台中,验证了受潮套管高电压介损、局部放电谱图的特征有效性。为了进一步揭示套管受潮过程中介损电容量的规律,利用分层定量受潮的方式,研究了在平均含水量相同情况下,套管模型由外层受潮变为内层受潮,10Hz～110Hz范围的电容量增大,进而导致此频率范围的整体介损下降,这解释了潮气入侵过程中工频介损下降原因。同时,提出更低频率的介损和电容具有更好的受潮诊断能力。为了研究套管尾部受潮过程及现象,采用定量受潮的方法,模拟套管尾部水分沉积受潮、尾部芯子定量吸水,发现1.5Um,下高电场可激发套管尾部水分沉积运动,引发放电。利用现有规程的方法可能会因水分沉积状态而产生误判。额定电压下套管尾部受潮电容量随受潮时间呈现增长趋势,而局部放电、介质损耗角正切值基本不变。套管尾部受潮的层间击穿过程中,电容量呈现线性增长趋势;局部放电相位分布呈现沿面放电特征;放电起始于铝箔边缘。铝箔边缘部位受潮引起的层间电场畸变,是套管受潮放电的主要原因。仿真分析了 72.5kV套管极板边缘电场分布,采用极板边缘单折边和敷设半导体纸的方式可降低极板边缘场强。为了研究了套管干燥、浸渍缺陷的劣化特征及诊断方法,利用鼓风烘干箱和真空干燥箱,分别模拟了干燥不良、浸渍不良缺陷,获得了油浸纸套管干燥不充分缺陷的放电相位分布特征,提出套管干燥过程诊断的特征量:频域介电谱复电容实部比C1mHz/C10kHz随干燥时间的衰减率Cs;获得了浸渍不良缺陷套管的局部放电典型的翼状放电特征谱图,观测到放电过程中电容芯子的产气现象,发现极板边缘的爬电通道。套管内部X蜡是在电、热、水分共同作用下纸层油隙放电并劣化的产物。为了进一步无损诊断套管绝缘缺陷,利用XPS、元素分析、红外光谱等手段,研究了纸样中X蜡成分及结构,获得了实际套管内部蜡状物的组成成分:主要成分是C、H,其最简式是为C20H35,主要烷烃基为亚甲基和甲基,与黄凡士林成分相似。采用双层纸模型、套管模型研究了含蜡量对1mHz～10kHz的介电谱曲线以及极化电流曲线的影响,发现随着含蜡质量的增加,1mHz～1OmHz范围的超低频介损呈现增长趋势;100s极化电流呈现增长趋势;扩展德拜等效电阻支路参数特征量∑1/Ri与含蜡量具有较好的线性关系。为了对套管受潮程度进行定量诊断,研究铝箔对受潮套管的介电谱特征影响,发现相同受潮量下,水分对含铝箔套管模型1mHz复电容贡献更大。结合不同含水量的含铝箔套管模型的频域介电谱曲线,提出了套管受潮程度诊断的新物理量C1mHz/C10kHz,并建立了套管平均含水量的定量诊断模型M,其物理实质是描述有量纲的1mHz低频电容与有量纲的10kHz高频电容实部比与平均含水率之间的关系;进一步提出基于扩展德拜模型支路参数∑Ci/Ri受潮程度诊断量;提出了基于分布式复电容实部比的套管受潮层位置预估方法,可区分外层受潮、内层受潮。在实际异常500kV套管中,解体取样验证了套管平均含水量的定量诊断模型Mc的准确性。