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高压直流塑料电缆是直流输电系统的关键装备,作为其重要连接环节的直流电缆附件是由不同介质组成的复合绝缘体系,容易产生界面电荷积聚,引起局部电场畸变并威胁电缆输电系统安全。本文开发了适用于高压直流电缆附件的EPDM复合绝缘材料,通过实验和数值模拟研究了直流电缆附件绝缘EPDM/LDPE双层介质界面电荷调控方法与抑制机理,以期为高压直流电缆输电的发展提供材料、工艺、试验和理论支持。论文主要研究工作和结论如下:(1)测试了表层分子结构改性的EPDM/LDPE双层介质界面电荷与陷阱能级分布。发现C-F键对C-H键的置换使EPDM表面形成了微米级的C-F层,降低了聚合物表面态对界面电荷的束缚作用,同时C-F层的电荷屏蔽效应减少了电极注入的载流子,有效地抑制了界面电荷的积聚。(2)测试了EPDM/SiC复合材料中SiC体积分数对EPDM非线性电导和载流子迁移率的影响。发现随着SiC体积分数增大,复合材料非线性电导的阈值电场降低且非线性系数增大;EPDM复合材料陷阱能级的改变降低了界面势垒对电荷迁移的阻滞,非线性电导对强场下电极-介质界面电场的均化减弱了空间电荷的注入过程,SiC填充引入的较浅陷阱促进了载流子的脱陷并加快了电荷的消散速度。实验证明EPDM/SiC复合材料在强场下具有明显的界面电荷抑制效果。(3)测试了EPDM/CB纳米复合材料中CB掺杂浓度对EPDM介电特性、载流子迁移率和陷阱能级分布的影响。发现少量的纳米掺杂降低了聚合物复合材料的直流电导,提高了EPDM/LDPE界面绝缘匹配程度,纳米CB掺杂引入的深陷阱增加了空间电荷注入的肖特基势垒,有效改善了界面电荷积累与电场畸变情况。(4)通过设置界面特性相关的表面态、界面势垒和载流子迁移率等参数,利用双极性电荷输运模型研究了不同界面条件下空间电荷在双层介质中的注入和输运特性,并分析了界面电荷累积对复合绝缘系统电场分布的影响。仿真与实验结果证明该模型对基于表层分子结构改性、非线性电导无机颗粒填充和纳米掺杂的界面电荷调控机理实现了较为准确的数值模拟,为解决高压直流电缆附件绝缘界面电荷积累问题提供了理论依据。