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硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆终端电场
交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆终端内各绝缘材料的电导率受温度和电场强度的影响差异较大,这是导致其电场分布复杂、研发难度大的关键因素之一。为此,利用多物理场耦合软件仿真计算了以不同性质硅橡胶为增强绝缘的高压直流电缆终端模型内的电场分布,分析了绝缘材料的电导特性对电场分布的影响与机理。研究结果表明:以高压交流电缆终端中常用的硅橡胶作为直流电缆终端的增强绝缘时,应力锥根部的硅橡胶内电场严重畸变,最大电场强度(简称场强)值约达到电缆本体平均场强的 6.7 倍;以具有合适非线性电导特性的硅橡胶做增强绝缘时,直流电缆终端内电场分布均匀,且最大场强点位于电缆 XLPE 绝缘内。说明应用电导非线性硅橡胶是解决 XLPE 绝缘高压直流电缆终端制造瓶颈问题的有效方法之一。
高压直流输电具有线路损耗小、传输容量大、送电距离远、运行稳定性高、功率调节方便灵活等 优点 [1-3] 。随着电力电子器件和控制技术的快速发 展,柔性直流输电技术日趋成熟, XLPE  绝缘高压 直流电缆除了在联接跨越宽阔海峡的大陆电网方面 继续保持绝对优势外,在异步电网陆上互联、大城 市供电增容、孤立负荷送电和可再生能源发电输送 等方面的应用明显增多 。目前世界上投运的XLPE  绝缘高压直流电缆线路有十几条,总长度约 3 000 km ,绝大部分由  ABB  公司制造  。高压电缆 附件内极易出现电场畸变,是电缆线路中最薄弱的 部位,大部分故障均发生于此  。经过几十   a  的研 发与技术攻关,国内外  XLPE  绝缘高压交流电缆附 件的制造质量和运行可靠性得到大幅度提升,国内 企业生产的 500 kV XLPE 绝缘高压交流电缆附件已 投入运行  。武汉线缆但由于交流和直流电压下的电场分布 特点存在本质差别, XLPE  绝缘高压直流电缆附件 的制造难度远大于交流电缆附件,其研发、设计及 制造问题已成为制约我国  XLPE  绝缘高压直流电缆 线路建设与发展的主要因素之一。在交流电压作用 下复合绝缘中的电场分布主要取决于各绝缘材料的 介电常数,对于大多数聚合物绝缘材料,在正常使 用条件下该参数值几乎不发生变化,因而改善 XLPE  绝缘高压交流电缆附件中的电场分布主要是 通过优化设计其结构和提高安装技术水平实现。在 直流电压作用下复合绝缘中的电场分布除了受空间 电荷分布和界面状态影响外,主要取决于各绝缘材 料的电导特性  ,而不同绝缘材料的电导率是温 度和电场强度的函数且依赖性各不相同,因而 XLPE  绝缘高压直流电缆附件中的电场分布十分复 杂。