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摘要：

电力工业在经济发展中有着举足轻重的地位,因此保证电能可靠,经济地输送到用电负荷中心极其关键.相比于传统的交流输电系统,直流输电系统具有输送容量大,输送距离远等优点,而且功率调节快速灵活,大范围的连锁故障风险较低,系统运行较为可靠.高压直流电缆作为直流输电系统的重要组成部分,广泛应用于风电并网,海岛供电以及跨海长距离输电.作为直流输电中的关键设备之一,高压直流电缆能否安全运行对高压输电网的稳定性至关重要.高压直流电缆附件为直流电缆系统中最关键的部分,复杂的组件和工艺导致故障多发,对于系统稳定运行造成很大影响.目前国内外对于直流电缆附件的优化设计提出了很多理论和方法,使附件性能得到提升,尤其使电缆终端故障几率大幅降低.然而,电缆接头在试验和运行中仍然不稳定,文章旨在总结以往技术经验,利用新的计算方法和理论,完成对直流电缆关键接头和试验终端的仿真设计和分析验证.本文以实验研究为基础,立足于直流电缆附件的材料性能,通过有限元仿真计算深化分析,并结合实际案例分析和模型试验完成对高压直流交联聚乙烯电缆附件的优化设计.实验研究部分测量了高压直流电缆绝缘材料(XLPE)和附件绝缘材料(硅橡胶)的介电性能,包括介电谱,电导率和击穿场强,作为仿真分析和结构设计的基础.在理论研究部分,首先着重分析电缆系统运行中最关键部分——高压直流电缆接头,分析在暂,稳态条件下接头中的温度分布,电场分布,得到特征参数,并进行模型优化;其次,针对高压直流电缆试验中所采用的特殊终端进行仿真研究,提出了优化设计模型;最后,联系实际案例分析和模型试验验证,表明了在直流电缆运行和试验中附件设计存在的问题及其优化方法.论文在材料性能研究的基础上,立足于理论方法,通过仿真计算优化了±320高压直流电缆接头和±500kV高压直流电缆试验终端.该成果将给我国柔性直流电缆输电系统的发展提供一定参考,该仿真计算的方法可以应用于±500kV等更高电压等级的直流电缆系统附件设计之中.

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