500kV直流XLPE海缆的热场及电场仿真研究

由于交联聚乙烯的电导率受温度和场强的影响,计算高压直流电缆绝缘在实际工况下的电场分布时,需要综合考虑热场与电场。另外,在实际运行中,电缆绝缘不仅需要耐受稳态直流电压,还需要经受连续升压、极性反转及叠加操作冲击等暂态电压的作用。文中采用有限元计算软件Comsol Multi-physics,首先对500 kV直流海缆XLPE绝缘中的稳态温度分布进行计算;然后通过对XLPE绝缘电导率实测数据进行拟合,获得电导率随温度及场强的变化公式,并在此基础上,仿真研究了绝缘中的稳态及暂态电场分布。研究结果表明:绝缘介质发热功率远小于线芯焦耳损耗功率;海底电缆的载流量瓶颈为其登陆段,可能导致线路允许载流量达不到设计要求;XLPE绝缘的稳态场强沿径向近似呈线性分布,且在额定负载下电场分布较为均匀;连续升压下绝缘内侧会产生较高的暂态电场,该值与电压上升速率以及绝缘的松弛时间常数有关;极性反转直流电压下的场强分布可根据叠加原理,采用阻性及容性场强叠加的方式进行估计;在相同的复合电压幅值下,直流叠加异极性操作冲击相比于叠加同极性冲击在绝缘内侧引发的暂态场强幅值更高。