摘 要：高压直流电缆附件中的电场分布主要取决于绝缘材料的电导率而非相对介电常数，由于交联聚乙烯(XLPE)和硅橡胶(SR) 2 种绝缘材料电导率差异较大，且受电场强度和温度影响较严重，导致直流电缆附件的设计比交流附件复杂得多。为此，采用软件仿真手段分析了不同温度梯度作用时，直流电压、直流叠加冲击电压下电缆接头中的电场分布情况。研究结果表明：在直流电压下，随着温度的升高电缆接头内的最大电场强度(简称场强)及XLPE/SR 分界面的切向场强会大幅增加，而且绝缘内最大场强出现位置也会由高压屏蔽端部转移到应力锥根部；当直流叠加冲击电压作用时，接头内的电场分布会出现 3 个场强极大值点，压接管端部高压屏蔽内侧的场强最大，且不随冲击电压极性和线芯温度的变化而变化；直流叠加正极性冲击电压作用下，压接管端部 SR 材料内侧和应力锥根部 XLPE 材料内侧的场强随温度的升高而降低，而在直流叠加负极性冲击电压作用下这 2 点的场强随温度的升高而增大。以上研究结果可供高压直流电缆附件设计参考。
关键词：直流电压；冲击电压；中间接头；电导率；温度梯度；电场；切向电场
随着柔性直流输电技术的发展，高压直流(highvoltage direct current, HVDC)电力电缆在输配电工程中有着极为广泛的应用前景，而中间接头作为高压直流电缆必不可少的附件之一，其性能的好坏对直流输配电系统的安全、稳定运行有着极为重要的影响。相比于传统直流输电技术，柔性直流输电中不要求直流电缆承受极性翻转电压[1-2]，但直流叠加
冲击电压对电缆绝缘的影响较大。如何设计并制造出满足实际需要的高压直流电缆中间接头已成为目前的热点研究课题。直流电缆接头与交流电缆接头在设计原理和结构上有很大相似性，但也存在较大的差异。交流电压作用下，接头绝缘中的电场呈容性分布，并且可以认为材料的电容率是常数，即不随电场强度(以下简称场强)、温度等外界因素的变化而变化。
同时，电缆本体交联聚乙烯(cross-linked polyethy-lene, XLPE)绝缘与接头硅橡胶(silicone rubber, SR)增强绝缘的介电常数ε相差不大，一般可认为，该双层复合介质中的电场分布比较均匀。直流电压作用下，绝缘中的电场呈阻性分布，且绝缘材料的电导率 γ 受场强、温度影响较大，表现出严重的非线性。同时，XLPE 与 SR 的电导率差别也很大，，双层复合介质中电场分布严重不均匀。更为重要的是在直流电压作用下，聚合物绝缘以及电缆主绝缘和接头增强绝缘交界面
上会积累空间电荷，这些空间电荷会严重畸变绝缘中的电场分布，当电压发生突变时(如雷电过电压或操作过电压)，空间电荷与突变电压产生的叠加电场极易引起接头绝缘的放电甚至击穿。目前，国内外对高压直流电缆中间接头的研究主要集中在聚合物绝缘材料的空间电荷问题上。许多学者开展了聚合物绝缘内空间电荷的形成和无机纳米添加剂对空间电荷的抑制机理的研究，哈
尔滨理工大学的韩宝忠等通过向聚合物中添加无机纳米材料对硅橡胶、低密度聚乙烯的非线性电导特性做了研究并得出许多有意义的结论。考虑到
高压直流电缆在运行中可能承受的不同电压形式及绝缘内的温度梯度分布，本文采用 COMSOL-Multiphysics 软件仿真分析了不同温度梯度作用时，直流电压、直流叠加冲击电压下 250 kV 直流电缆接头中的电场分布情况，以期为高压直流电缆中间接头的设计提供指导。