高压直流电缆负荷循环试验平台是研究全尺寸电缆空间电荷的重要设备,其核心功能是实现绝缘层温度梯度和导体温度的精确控制。为了研究试验平台中控温介质流速对绝缘层温度梯度和导体温度的影响,在COMSOL Multiphysics有限元分析软件中建立了水循环回路的二维轴对称模型,对模拟回路和试验回路的直流电缆、循环水和保温水管开展热流固耦合仿真。通过改变循环水的流速,研究了绝缘层温度梯度和导体温度的轴向差异变化规律,并对水温和线芯电流进行了修正。结果表明:增大水的流速有利于降低水管内水温的波动,当流速为0.3 m/s以上时,绝缘层温度梯度和导体温度的轴向差异均低于1°C;对水温和线芯电流进行了迭代计算,可以将绝缘层温度梯度和导体温度的误差均控制在±1°C以内,满足试验平台对控温精度的要求。为了验证高压直流电缆温度梯度控制方法的有效性,参考CIGRE TB 496中的试验要求,在现有高压直流电缆负荷循环试验平台上分别开展了24 h和48 h负荷循环试验。试验检验了试验平台的各项设计指标,根据本文的温度梯度控制方法可以同时将直流电缆导体温度控制在70°C以上、绝缘层内外表面温差控制在40°C,实现了对实际同轴电缆绝缘层温度梯度的精确控制,具备对全尺寸交联聚乙烯绝缘高压直流电缆样品进行长期带电考核的能力。现有的高压直流电缆负荷循环平台采用钻孔敷设热电偶的方法测量电缆内部温度。本文探索基于布里渊光时域反射技术的直接测量电缆内部结构温度的方法,并尝试将光纤分别植入电缆的分割导体中央、绝缘屏蔽层表面和阻水带中央。模拟负荷循环试验平台中电缆的水循环环境,在水中开展了加载电流的电缆升温试验,将光纤测得的温度与对应电缆结构的热电偶测温结果进行对比。试验结果表明:在绝缘屏蔽层表面和阻水带中央植入光纤是可行的;而导体光纤容易受到机械损伤,可靠性相对较低。由绝缘屏蔽层或阻水带光纤的测温结果,根据暂态热路模型计算了导体温度,并与导体热电偶的测量值进行对比。计算结果表明:由光纤温度计算导体温度的误差均较小,因此在电缆内布置光纤能够准确地检测和计算电缆内部温度。