雙層絕緣結(jié)構(gòu)HVDC電纜設(shè)計(jì)方法的研究.pdf

1、HVDC電纜正向高電壓等級和大容量方向發(fā)展，適當(dāng)增加絕緣厚度和提高工作溫度是大容量、高電壓等級直流電纜研發(fā)的必然要求。高工作溫度使絕緣內(nèi)外溫差增大，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)單層絕緣結(jié)構(gòu)電纜絕緣內(nèi)電場分布翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象更嚴(yán)重、絕緣利用系數(shù)進(jìn)一步下降。參照油紙絕緣高壓交流電纜的分層絕緣設(shè)計(jì)思想，采用不同非線性絕緣材料制造具有分層絕緣結(jié)構(gòu)的HVDC電纜來改善電場分布以及減薄絕緣層厚度是一種可能的解決途徑。
　　為了從理論上驗(yàn)證分層絕緣設(shè)計(jì)理念在HVDC電

2、纜絕緣設(shè)計(jì)中的可行性，本文采用多物理場耦合軟件仿真研究了不同溫度梯度、不同施壓方式下分層半徑對雙層絕緣結(jié)構(gòu)HVDC電纜絕緣穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電場分布的影響規(guī)律，在此基礎(chǔ)上定義了同時考慮穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)電場和溫度梯度多重因素的綜合絕緣利用系數(shù)，并提出了按絕緣材料的電導(dǎo)率內(nèi)小外大排列、相對介電常數(shù)內(nèi)大外小排列內(nèi)外絕緣層的布局原則和綜合絕緣利用系數(shù)最高的分層半徑確定原則，而后驗(yàn)證了該雙層絕緣設(shè)計(jì)原則的合理性，并討論了界面電荷的影響規(guī)律。最后探討了考慮擊穿場

3、強(qiáng)與溫度因素的絕緣利用系數(shù)，證實(shí)了HVDC電纜絕緣內(nèi)一定程度的場強(qiáng)分布翻轉(zhuǎn)未必是壞事。
　　電場仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn):與單層絕緣電纜相比較，按綜合絕緣利用系數(shù)最高的分層原則設(shè)計(jì)的雙層絕緣結(jié)構(gòu)HVDC電纜在高溫度梯度下均能顯著改善電纜絕緣穩(wěn)態(tài)和暫態(tài)電場分布，且溫度梯度越高改善效果越顯著;雷電沖擊過程的電場分布主要受到穩(wěn)態(tài)過程形成的界面電荷調(diào)控的影響，因而溫度也是影響雷電沖擊過程中絕緣暫態(tài)電場分布的因素;電壓極性反轉(zhuǎn)過程中，溫度梯度越低，界面