HVDC電纜在溫度梯度效應(yīng)下電場分布特性研究.pdf

1、高壓直流輸電由于其損耗低、可靠性高、載流量大、對通信和生態(tài)影響小、適用于遠距離輸電等優(yōu)點，已成為高壓輸電重要發(fā)展方向。而在跨越海峽、穿越隧道和城市時，HVDC電力電纜線路相比架空線路有著獨特的優(yōu)勢。電場分布是決定電纜絕緣短時耐壓能力和長期運行可靠性的關(guān)鍵因素。HVDC電纜穩(wěn)定運行時，絕緣材料的電導(dǎo)率決定電場分布，在較高溫度梯度分布下有可能出現(xiàn)電場分布翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象。
　　由于電纜絕緣材料的非線性電導(dǎo)率是溫度及電場的函數(shù)，在投入運行和電壓

2、極性反轉(zhuǎn)時HVDC電纜暫態(tài)電場分布更為復(fù)雜。為此，本文采用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics仿真研究了不同溫度梯度、不同施壓方式以及不同非線性電導(dǎo)屬性對電纜絕緣穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電場的影響規(guī)律。
　　仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)：當(dāng)絕緣材料非線性屬性確定，絕緣內(nèi)溫度梯度越高，穩(wěn)態(tài)時電場分布翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象越嚴重；電壓反轉(zhuǎn)過程暫態(tài)電場最大值與電壓極性反轉(zhuǎn)時間密切相關(guān)，反轉(zhuǎn)時間越短暫態(tài)最大電場越高，且暫態(tài)最大電場的位置越靠近導(dǎo)體屏蔽。雷電過電壓和

3、操作過電壓會在電纜絕緣中產(chǎn)生很高的電場，且直流電壓疊加負極性過電壓時最大電場遠小于疊加正極性過電壓時。仿真結(jié)果同時表明：降低材料電導(dǎo)活化能和提高材料電導(dǎo)率對電場依賴性有利于在溫度梯度下對電纜絕緣穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電場分布的控制。
　　根據(jù)仿真研究結(jié)果，建議在 HVDC電纜料研發(fā)時應(yīng)采取有效的調(diào)控手段降低材料電導(dǎo)活化能和提高場致增強型電導(dǎo)的場強依賴系數(shù)；而在 HVDC電纜設(shè)計時，要特別關(guān)注溫度梯度效應(yīng)和極性反轉(zhuǎn)及過電壓沖擊過程中的暫態(tài)電場分