基于表层梯度电导调控的直流三支柱绝缘子界面电场优化方法

气-固界面和嵌件-环氧界面的电场强度集中效应被认为是导致直流三支柱绝缘子发生沿面闪络和支腿炸裂的重要原因,传统的结构优化难以同时有效调控两个界面的电场分布,迫切需要更合理的调控手段。通过电-热-流多物理场仿真,研究直流三支柱绝缘子界面电场分布特性,指出电荷积聚是造成界面处场强集中的主要原因。据此提出基于“类U型”梯度电导的绝缘子双界面电场联合调控策略,通过嵌件-环氧界面高电导涂层和气-固界面非线性电导涂层的协同使用,使得三支柱绝缘子体电导和表面电导呈“类U型”梯度分布,可降低绝缘子内部及表面电荷积聚程度,从而优化界面电场分布。进一步研究双界面涂层对直流三支柱绝缘子界面电场的调控作用,并针对电场调节与损耗控制目标,实现对涂层电导参数的优化。研究结果表明:当嵌件-环氧界面涂覆材料电导率不小于10^(-12)S/m、气-固界面非线性电导材料参数处于“临界饱和线”上时,支柱绝缘子嵌件-环氧界面最大电场强度可从4.48kV/mm降至0.04kV/mm,气-固界面最大切向电场强度从2.47kV/mm降至1.73kV/mm。参数优化后的双界面梯度电导涂层,可使界面电场集中效应得到有效抑制,同时将绝缘子最大电场与功率损耗控制在允许范围内,为高压直流三支柱绝缘子的优化设计提供了基础依据。