电-热耦合作用下高压电缆接头运行中复合界面热应力分布的仿真计算

摘要

目前,对于高压电缆接头故障机理的研究主要集中在电场、温度场及初始机械应力分布计算方面,少有考虑运行中复合材料界面应力分布的畸变问题.高压电缆接头的故障发生涉及到电磁-热-应力场相互耦合的复杂过程,复合材料界面应力分布的畸变,不仅会加速绝缘材料的老化进程,还会降低界面沿面放电电压.本文以220 kV高压电缆中间接头为原型,运用了有限元分析软件,建立了高压电缆接头的电磁-热-应力耦合仿真模型,基于该模型得到了电缆接头正常运行工况、绝缘材料含有杂质缺陷的工况下电场、温度场和热应力分布的计算结果,着重对典型缺陷下复合材料界面热应力分布的二次畸变情况进行了分析.结果表明:电缆接头含有杂质微粒的工况下,复合材料界面热应力增长了27.32倍,热应力的二次畸变程度远超电场和温度场的二次畸变程度.认为复合界面热应力分布的二次畸变是导致高压电缆接头故障的重要起因.通过该研究可为电缆附件易发生故障原因分析及结构优化设计提供理论参考,对于提升电缆接头绝缘性能具有重要现实意义和实用价值.