(无锡供电公司214061)
摘要：现代社会背景下，社会发展对电力能源需求量越来越大，但同时也提出了更高的要求，其中安全性、可靠性成为电力系统运行的根本要求。电力系统运行中，温度能够反映电缆中间接头运行状态，在高压电缆中，温度变化，会对电场分布产生一定影响，进而影响系统运行状态。文章从现有国内外研究现状入手，通过构建仿真模型，对不同情况下电缆中间接头内电场分布变化进行分析和研究，旨在为电缆中间接头设计提供支持。
关键词：温度；高压电缆；中间接头；电场分布；影响
前言
近年来，柔性输电技术成为电力系统的重要基础，为高压电力电缆的应用提供了巨大的支持。其中中间接头作为高压电缆的附件，其性能好坏直接影响系统运行水平。与传统传输技术有所差别，柔性输电过程中，对于电缆承受能力不做要求，但一旦出现叠加现象，将会使得线路温度升高，在很大程度上损坏电缆绝缘性能，增加了系统运行不稳定性。因此加强对温度对中间接头电场分布影响的研究非常关键，能够帮助我们进一步了解温度因素，并加强对影响因素的控制，确保电场分布科学、合理，提高供电稳定性。
1研究现状
目前，国内外现有研究成果中，针对高压电缆中间接头的研究，仍然停留在聚合物绝缘材料空间电荷上。多数学者针对电荷形成、无机纳米添加剂对电荷抑制机理进行研究。如韩宝忠等人认为将无机纳米材料添加到聚合物中，并得出了很多有意义的结论[1]。基于对电缆运营会承受不同电压等级、温度梯度等因素的影响，本文将通过构建仿真模型的方式，通过对不同温度作用下，电缆接头中的电场分布情况进行分析，为后续电缆中间接头设计提供更多参考和借鉴。
2仿真模型
现有电力系统中，高压电缆接头主要为预制式。按照结构形式差异性，预制式电缆接头包括组装、整体两种形式。相比较来看，整体形式安装便利，使其应用范围较为广泛。随着电力负荷的增加，高压电缆及其附件绝缘的最大场强将会由内向外传递，出现反转现象。虽然，中间接头具有对称性特点，但是二维模型无法充分反映电场分布，使得分析结果存在一定误差。因此本文将构建三维模型进行分析，简化后的仿真模型如下：
其中λT、i分别代表的是等效导热系数、电缆结构层。
3结果分析
3.1电压作用下的电场仿真
在电压作用下，复合绝缘中的场强，将会按照材料电导率分布。基于XLPE与SR双层截止的电导率差异产生的影响。本文主要对不同电导率比例下的等位线分布进行分析。通过观察，当双层介质电导率比例较大，介质中的电场分布呈现不均状态，且集中部分会随着绝缘材料的参数变化而发生变化。如果SR大于XLPE，高压屏蔽端部的电场较为集中，而应力锥根位置的场强最低。反之，锥根位置的电场较为集中，而高压屏蔽端部的场强最低[2]。当二者相等时，电场仍然存在集中情况，但集中程度得到了明显改善，电场分布呈现均匀状态。因此在具体设计过程中，应保证选用的XLPE、SR材料电导率差异在合理范围内，然后根据二者的比值确定电场集中区域，采取合理的措施加以调整，使得电场分布合理，减少对电力传输的消极影响。
3.2温度梯度作用下电场分布
当电缆处于带电负荷状态中，线芯发热将会在绝缘层内部形成温度梯度。由于聚合物材料电导率极易受到温度、电场的影响。因此绝缘会随着电导率分布的场强发生变化。对于聚合物材料电导率与温度、场强之间的关系公式如下：
其中A表示的是与材料相关的常数，表示活化能。目前，我国常用的电缆是XLPE、SR材料，根据上述两种材料测量出来的电流数据来看，XLPE、SR材料电导率会随着电场、温度的变化而变化[3]。当处于低温、低场强时，XLPE、SR材料电导率差异不明显。但随着温度、场强的增加，二者电导率差异明显，是原来的6~8倍。如当T=299K时，最大场强存在于高压屏蔽端部，XLPE、SR绝缘内部场强更大。当T增加到334K、367K时，最大场强出现在应力锥根部位，内部场强会出现反转现象，外表面的场强更大。
此外，随着温度升高，XLPE与SR材料界面上的切向场强也会随之增加，应力锥根部分周围的场强增幅最大[4]。高压屏蔽部位则不同，场强逐渐下降。
3.3温度梯度作用下叠加电场分布
当受到叠加冲击电压的作用，XLPE、SR绝缘内表面的场强处于较高的水平，且接头内的高压屏蔽内侧、压接管端部及应力锥根部位成为场强最大的位置。其中，第二个内侧场强最强，且不会随线芯的温度变化而发生变化。究其根本是受到电压电场按照电导率分布，而在冲击情况，将会按照电容率分布。当冲击电压为正极时，绝缘内场强高于负性冲击电压。
当只有电压时，材料界面的切向场强受到温度的影响更加明显。当冲击电压为正时，叠加切向场强在363K时达到最大值。反之，当处于负极时，切向场强在298K时达到最大。冲击电压对XLPE、SR界面影响较大。当仅处于电压状态时，界面切向场强在高压屏蔽位置的值更大，而其他部位较小。随着时间的增加，冲击电压会迅速增加。界面切向场强在应力锥根位置将会出现巨大的畸变。但当冲击电压达到峰值时，场强会逐渐下降[5]。同时，在电流叠加情况下，负性场强值低于正性场强值。主要是被电压产生的切向场强削弱所致。综合来看，处于不同的情况下，电缆内部场强会发生变化。针对电缆中间接头的设计要坚持针对性原则，对接头进行合理设计。
结论：根据上文所述，虽然，少数国外企业已经掌握了电缆配方，但是仅能够在低温、低场强状态下运行，一旦温度、场强增加，将会导致电缆内部出现畸变的情况。因此对于材料的配方，我们还应加大研究力度，不断创新出更多新型材料，以此来应对温度、场强对电缆绝缘产生的影响。目前，国内对电缆绝缘系统中空间电荷的研究过于狭窄，集中在聚乙烯材料。而对于硅橡胶材料的研究较少，使得材料在实践中的应用不够广泛。在具体设计中，还应考虑不同温度、电压形式下空间电荷特性，从而提高电缆设计有效性。
参考文献
[1]陈庆国，秦艳军，尚南强，池明赫，魏新劳.温度对高压电缆中间接头内电场分布的影响分析[J].高电压技术，2014，（09）：2619-2626.
[2]李长明，孙钦佩，李春阳，侯帅，傅明利，韩宝忠.硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压电缆中间接头内电场分布的影响[J].南方电网技术，2015，（10）：47-51.
[3]李昭红，阳林，田野，李立浧，傅明利，卓然.高压电缆接头稳态温度场分布及其影响因素[J].中国电力，2016，（02）：48-53.
[4]张荣，徐操，朱永华.不同负载下高压交联聚乙烯电缆终端电场仿真计算[J].电线电缆，2016，（02）：11-15.
[5]阳林，李昭红，郝艳捧，傅明利，田野.工作温度和绝缘温差约束下的高压电缆接头载流量计算[J].电力系统自动化，2016，（18）：129-134.