XLPE绝缘直流电缆终端场强分布的仿真分析

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高压直流输电由于其损耗低、可靠性高、载流量大以及适于远距离输电等优点,已成为高压输电的重要发展方向。其电缆系统的可靠性是电网稳定运行的重要前提,而电缆终端是电缆系统的重要组成部分,相对于电缆本体而言,电缆终端的故障率较高,其主要原因就是所承受电场强度要远高于电缆本体电场强度的平均值。因此,研究电缆终端电场强度分布的特性,寻求改善电场分布的有效方法,对于保障电力系统安全稳定运行具有重要意义。本文以110kV HVDC电缆复合终端为研究对象,以应力锥曲率和不同增强绝缘材料为变量因素,分别建立了不同应力锥曲率半径和不同增强绝缘材料的电缆终端模型,利用COMSOL软件分析平台,分别对极性反转电压与雷电冲击电压作用下,应力锥曲面、增强绝缘层、XLPE绝缘层中的电场强度及XLPE绝缘与增强绝缘交界面的电场强度进行仿真分析。结果表明:当应力锥曲率增大到54mm时,电缆终端的应力锥曲面更加平滑,其电场降低明显,且曲面上的最大电场强度位置从应力锥根部向应力锥顶部移动,而应力锥内部与增强绝缘中最大电场强度模值均变小,但是应力锥曲率半径的变化,对XLPE绝缘中电场模值的影响不大。高压直流电缆终端内增强绝缘材料的电导率受温度和电场强度的影响有较大差异。建模过程中,分别选用了三元乙丙橡胶与硅橡胶增强绝缘材料,仿真计算了不同温差下各电缆终端的场强分布情况,仿真结果表明:在电缆终端的电场中,主要有三个场强敏感位置点,应力锥根部、增强绝缘端部、应力锥顶端。三元乙丙橡胶与硅橡胶都能不同程度地均化直流电缆终端场强分布,与XLPE相比,增强绝缘中的电场强度较低,高场强主要集中分布在XLPE中。在场强很高或温差较大的情况下,从场强模值的角度考虑,三元乙丙橡胶比硅橡胶具有更大优势。
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