近年来以特高压交直流输电为坚强骨架的高电压等级输电网对变压器油的绝缘性能提出更高的要求,实践证明水分是影响变压器油绝缘强度的主要因素,研究发现纳米粒子可以显著提高变压器油的耐水分劣化性。该领域的研究主要聚焦于纳米粒子种类及浓度对纳米变压器油的宏观击穿性能的改性作用,但对于纳米变压器油中水分分布及其电导特性的变化规律与作用机制尚缺乏深入研究。因此,本文利用不同形貌、粒径和表面修饰的二氧化钛纳米粒子改性变压器油,研究了纳米粒子微观结构和水分含量对纯变压器油和纳米变压器油中水分分布和电导特性的影响规律,讨论分析了纳米粒子微观特性对油中水分分布与电导特性的作用机制。本文采用溶剂热法,以钛酸四丁酯为钛源,油酸、油胺为修饰剂,制备了粒径为5 nm、10 nm和15 nm的二氧化钛纳米球,长径比为3、4和5的二氧化钛纳米棒,以及乙酸、己酸和油酸进行表面修饰的二氧化钛纳米粒子,并制备了分散稳定性良好的纳米改性变压器油。当纯油和纳米油中水分含量在10～50ppm范围时,随着水分含量的增加,纯油中低聚态水分子的含量减小,多聚态水分子簇含量增多。纳米油中多聚态水分子簇含量则明显减少,双-三聚态水分子增多,且随着球形颗粒粒径的减小、形貌由棒状转变为球形,该趋势更为显著。根据纳米粒子表面成键状态测试结果,发现正是由于纳米粒子表面极性Ti-O键含量的增多,在油介质中形成纳米粒子极性基团与非极性油分子组成的大量固液界面,使得油中水分子更容易吸附到纳米粒子的表面,且形成双-三聚态水分子为主的存在状态。因此,纳米粒子表面吸附水分子不仅提高了油中水分分布的均匀性,而且大大抑制了油中多聚态水分子簇的形成,这是纳米粒子提高变压器油耐水分劣化性的根本原因。通过测试不同形貌、尺寸和表面修饰二氧化钛纳米粒子改性变压器油的电导率,发现纳米粒子尺寸越小、形貌为球形的纳米油电导率越高。这是因为纳米粒子的尺寸越小、形貌由棒状转变为球形,都有利于增加纳米粒子与油的固液界面,促进纳米粒子对油中水合杂质离子的吸附,提高纳米粒子的表面电荷量,同时还有利于提高纳米粒子的迁移速率,进而提高了纳米油的电导率。二氧化钛纳米粒子经羧酸类修饰剂表面修饰后,纳米油的电导率明显下降。这是由于羧酸修饰剂在纳米粒子表面形成双齿配位的化学吸附,使表面缺陷态密度减小,表面吸附的带电粒子量减小,使得电导率降低。纳米粒子微观结构对变压器油中水分分布特性和电导特性影响规律与作用机制的研究,将为开发具有优良综合性能的纳米粒子改性变压器油提供理论与实验基础。