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随着电压等级的提高,在输变电系统中绝缘安全问题开始变得突显,不均匀的电场分布一直是威胁许多电气设备安全稳定运行的关键因素,而使用非线性电导材料对改善电气设备不均匀的电场十分有效,但在目前开展的非线性电导材料研究中,所制备的材料存在临界场强较大、电导率增长跨度较小,并且逾渗阈值比较高等问题。因此,本文以具有非线性伏安特性的ZnO压敏微球和四针状独特结构的T-ZnOw作为填料,对目前广泛使用的硅橡胶绝缘基体进行改性,分别制备了不同体积分数的ZnO压敏微球/硅橡胶复合材料、T-ZnOw/硅橡胶复合材料。首先对复合材料的非线性电导特性进行了分析,经过研究发现:添加一定量的ZnO压敏微球、T-ZnOw均能有效改善硅橡胶材料的电学性能,ZnO压敏微球/硅橡胶复合材料、T-ZnOw/硅橡胶复合材料出现非线性电导特性的逾渗阈值分别为30vol%、5vol%,随着填料体积分数的增长,当达到或超过逾渗阈值时,复合材料的电导率随着场强的增长而变化,在达到临界场强后产生突变,电导率数值能够迅速增长6~7个数量级。随后对复合材料进行了XRD物相、SEM微观形貌、拉伸强度等分析,研究发现:将一定量的ZnO压敏微球、T-ZnOw填充到硅橡胶基体中,能够显著改善其力学性能,但过多的ZnO压敏微球反而会造成硅橡胶基体力学性能的劣化,在力学增强方面,T-ZnOw对硅橡胶基体的改善效果要好于ZnO压敏微球。在此基础上,对复合材料的微观导电机理及导电模型进行了分析,研究发现:复合材料的微观导电机理与逾渗理论、隧穿导电理论、场发射电子理论、针尖放电理论有关,是多种导电机理共同作用的结果。最后基于COMSOL Multiphysics有限元软件,对非线性电导材料改善110kV无间隙氧化锌避雷器(MOA)的不均匀电场进行了仿真研究。结果表明:使用非线性电导材料局部替换了避雷器端部的硅橡胶材料之后,沿整体爬电距离处的最大电场强度从1.38MV/m降低至0.71MV/m,最大降幅达到48.5%,使用非线性电导材料能够有效改善避雷器不均匀的电场分布,显著降低其端部的最大场强。