随着全国范围内运行超过15年电缆数量的增多,电缆附件事故频发,尤其是电缆终端头与中间接头的爆炸事故时有发生。电缆接头爆炸事故除了导致巨大的经济损失外,还涉及到人身安全以及电力公司的社会形象问题。目前,电缆接头爆炸的机理和原因一直困扰着相关电力运行与管理部门的相关工作人员,其难点在于:1)电缆接头爆炸形式多样,有在运行中直接爆炸起火的,也有在停电检修后再次通电爆炸的;2)导致爆炸的因素较多,包括制作工艺不合格导致的接触电阻过大、绝缘偏心、材料缺陷导致的局部放电以及过电压下的冲击等。爆炸从本质上讲是巨大能量在瞬间的释放,而电缆接头的爆炸从源头上分析是由于不同缺陷导致的内部电、热老化加速,最终导致电缆绝缘放电击穿,从而形成爆炸。为了更好地分析电缆接头爆炸的机理过程,预防电缆接头爆炸事故的发生,并为电网的安全可靠运行提供支撑,论文将围绕电缆接头在内部缺陷下的电磁-热-力特性及其导致爆炸的原因开展研究。论文首先研究了电缆接头的电磁-热-力耦合场瞬态计算模型,并进行了实例计算,通过现场测量验证了模型的准确性;进而研究了电缆接头在接头导体接触电阻过大、绝缘内部气隙放电以及产生绝缘电弧击穿缺陷时的电磁-热-力特性,得出不同缺陷下的电缆接头热-力特性分布规律。在此基础上,研究了不同内部缺陷的热-力表征方法,以及电缆接头爆炸的阈值表征方法。论文的研究内容可以为电缆接头爆炸机理分析以及内部缺陷的提前诊断提供方法。论文的主要工作包括:(1)研究了电缆接头的电磁-热-力瞬态耦合场数学模型,包括控制方程和边界条件,重点研究了电缆接头求解闭区域大小及有效边界条件设置,并分析了电缆接头运行过程中的电磁场、温度场和应力场之间的相互耦合作用机理,选择了一种实现电缆接头电磁-热-力瞬态耦合场计算的有效方法。同时,进行了实例计算,并通过现场测量验证了计算模型的准确性。(2)为了分析电缆接头在接头导体接触电阻过大、绝缘内部气隙放电以及绝缘内部电弧击穿缺陷下的热-力特性,首先研究了三种不同缺陷下的热损耗计算模型,具体包括:基于等效电导率的缆芯导体与连接管接触电阻过大时的热损耗等效模型、基于等离子体-化学模型的绝缘内部气隙放电的热损耗模型和基于磁流体动力学的绝缘击穿电弧下的热损耗模型。(3)研究了电缆接头在不同内部缺陷下的热-力特性规律,即首先对不同内部缺陷下电缆接头热-力特性进行了数值计算,进而研究了电缆接头不同内部缺陷程度对其热-力特性的影响规律。(4)根据计算得到的内部缺陷下电缆接头的热-力特性分布规律,提出了采用温度、应力以及温度梯度表征电缆接头内部缺陷的方法,基于该方法可以实现对电缆接头内部缺陷状态的监测。此外,针对电缆接头在爆炸瞬间存在的击穿过程,从电缆接头的热-力特性角度出发,并结合材料断裂的临界应力准则,研究了导致电缆接头爆炸的阈值,即电弧电流尺度下发生爆炸的时间阈值和时间尺度下发生爆炸的电弧电流阈值。(5)搭建了模拟电缆接头热-力特性的试验平台,并开展了模拟电缆接头内部导体接触电阻过大以及绝缘电弧击穿缺陷下的热-力试验研究,并通过数值计算结果和实验结果对比,验证了论文模型的准确性。