高压直流输电技术事关我国能源战略和国家安全战略,换流变压器是直流输电系统最核心的设备之一,油纸复合绝缘为其主要绝缘材料,其阀侧绕组在运行的过程中要承受直流电场的作用。复合绝缘材料在直流电场的作用下面临一个突出的问题,即空间/界面电荷的积聚,会引发严重的电场畸变,导致局部放电甚至击穿故障,带来极大的安全隐患。因此,对直流电压下油纸复合绝缘的空间/界面电荷积聚特性以及电场分布特性的研究具有重要意义。总结电荷积聚、电场分布规律,分析空间/界面电荷积聚机理,可以为换流变压器中油纸复合绝缘的设计提供指导。本文以“纸板+油隙”的双层油纸复合绝缘为试验对象,基于电声脉冲法（PEA）和Kerr光电效应研制了针对厚纸板和厚油隙的油纸复合空间电荷及电场分布同步联合测量系统。该系统首先通过电路和高压电极结构设计,保证了直流、脉冲、交流三种外施激励电源的有效性。其次,选用了合适的传感器进行信号转换,并通过地电极的设计避免了空间电荷测量中声波折反射的干扰。对于采集到的信号,通过数据平均、低通滤波等手段有效减小了噪声干扰,并通过选取加压初始时刻为参考信号,利用初始时刻测量的Kerr信号对PEA法测量的油纸界面处的信号进行了修正。最终,经试验检测,该测量系统具有较好的线性度、分辨率及准确性。空间电荷测量的空间分辨率为8.8%,电场测量的最大相对误差为2.5%,均符合试验的要求。通过对直流电压下油纸复合的纸板中空间电荷和油中电场的同步测量和计算,研究外施电压、极性差异的影响规律。油纸的相对介电常数及电导率的测试结果显示,油浸纸板介电常数是变压器油的1.6倍,变压器油电导率是油浸纸板的116倍。直流电压下,开始加压到稳态的过程中,油中电场呈指数衰减趋势,稳态下的油中电场随外施电压非线性增长,正负极性存在明显的极性效应,负极性下油中电场更低。经过空间电荷计算纸板电场,在初始时刻纸板中还未有电荷注入,此时的电场均匀分布。随着外施电压升高,纸板中的空间/界面电荷产生和积聚,电场发生畸变,负极性下电场畸变率大于正极性,最大为29.3%。将RC模型的计算电场和界面电荷密度与基于Kerr法的计算结果和基于PEA法的计算结果进行比较,分析界面电荷对电场分布的影响。正负极性电压下油中电场均小于RC模型计算结果,界面电荷密度均大于RC模型计算结果,表明了RC模型的局限性。基于油中电场的计算结果小于基于纸中电荷的计算结果,最大误差为10.3%。并结合测量的油纸电导、松弛极化、界面势垒特性,提取关键的特征参数,在RC模型的基础上进行改进与优化,提出了油纸等效模型。其中包括表征油纸电导随电场变化的非线性电阻元件,表征松弛极化过程的电容电阻并联支路元件,以及表征界面势垒的压控流源。经等效模型计算结果与实际测量油中电场结果对比,与实际测量的油中电场最大误差为4.8%。