环氧树脂具有机械性能优良、绝缘强度高等优点,常作为气体绝缘输电线路等直流高压电气设备的绝缘支撑。但在直流高压工况下,环氧树脂和气体的交界面上会积聚大量电荷,一方面会严重畸变外部电场,另一方面为电极间形成贯穿性导电通道提供有利条件,从而易于引发沿面闪络。环氧树脂的沿面闪络现象会导致相关电气设备的绝缘失效,严重威胁电力系统的安全稳定运行,因此提升环氧树脂的沿面闪络性能成为了近些年的研究热点。研究表明,环氧树脂的沿面闪络性能与界面电荷的聚散特性密切相关,而界面电荷的聚散特性可由环氧树脂的表面形貌、化学组分、表面电导率、陷阱能级分布等参数进行调控,因此通过调控环氧树脂表面理化特性,进而提升其沿面闪络性能的研究路线被广泛采用。然而目前研究存在两点不足,一是仅研究改性前后环氧树脂的表面特性变化规律,少有将不同改性方法进行直接对比,导致对环氧树脂表面特性的调控手段和调控范围受限;二是仅关注改性效果的均匀性,大多忽视了环氧树脂常处于非均匀工况这一特点,使环氧树脂的表面特性难以匹配电场分布,因此对其沿面闪络性能的提升有限。本文依托国家自然科学基金项目,提出了基于等离子体梯度改性的环氧树脂表面特性调控方法,以及利用该方法研究了非均匀电场下环氧树脂沿面闪络提升机理,主要内容如下:搭建了环氧树脂制备平台和表面特性测试平台,实现了环氧树脂的大批量制备,以及表面理化特性和电气性能的全面表征。搭建了等离子体介质阻挡放电和大气压等离子体射流改性平台,实现了环氧树脂的等离子体氟化和等离子体SiOx沉积改性,全面对比了各种等离子体改性方法对环氧树脂表面特性的调控范围,以及对环氧树脂沿面闪络性能的提升效果,建立了等离子体改性方法、环氧树脂表面理化特性、环氧树脂表面电气性能三者的关联关系。分别搭建了极不均匀电场和稍不均匀电场下的环氧树脂仿真模型,利用有限元法研究了非均匀电场的场强分布特点,发现表面电导率的空间分布可以调控非均匀电场的最大场强。以降低最大场强为目标,对于极不均匀电场提出了表面电导率阶跃型梯度分布策略;对于稍不均匀电场,利用深度学习和寻优算法提出了表面电导率离散型梯度分布策略。针对极不均匀电场,制定了等离子体阶跃型梯度改性方案,大幅提升了环氧树脂在极不均匀电场下的沿面闪络性能。结合实验与仿真结论,总结出提升极不均匀电场下环氧树脂沿面闪络性能的三要素:通过构造阶跃型梯度分布的表面电导率来降低最大场强、通过提升高场强区的界面电荷消散速率来抑制电荷在三结合点处的积聚、通过控制低场强区的界面电荷消散速率来抑制电极间的电荷快速迁移。对环氧树脂的表面改性,只有同时满足三要素才能最大程度地提升其在极不均匀电场下的沿面闪络性能。针对稍不均匀电场,制定了等离子体离散型梯度改性方案,大幅提升了环氧树脂在稍不均匀电场下的沿面闪络性能。发现稍不均匀电场的沿面闪络性能提升机理与极不均匀电场存在共性与特性。其中,均匀提升环氧树脂表面电导率对稍不均匀电场几乎无影响,不同区域的表面电导率对最大场强的影响权重不同,以三结合点处的表面电导率对最大场强的影响权重最大。最后总结了环氧树脂在非均匀电场下的沿面闪络性能提升机理,认为只有同时满足表面电导率和界面电荷消散速率在空间上的最优分布,才能最大程度地提升非均匀电场下的沿面闪络性能,若无法满足以上条件,则表面改性技术对沿面闪络性能的提升非常有限,甚至起到负作用。