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目前，隨著城市電力電纜使用量的快速增加，與之配合使用的電纜終端應(yīng)用越來越普遍，但是電纜終端卻是電力電纜線路中的相對薄弱環(huán)節(jié)，電纜終端擊穿甚至終端炸頭的事件時有發(fā)生，電纜終端的運行和維護成為困擾電力運行單位的一大難題。

伴隨著最近幾年的發(fā)展，交-直-交供電系統(tǒng)的應(yīng)用，尤其是一些高壓、大功率等非線性電力電子器件的廣泛應(yīng)用，加之接受端系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜性的增加，特別是一些大容量和非線性負載的使用，加劇了電網(wǎng)系統(tǒng)中的高頻諧波等一系列問題。諧波電壓中含有眾多的高次諧波成分，高頻諧波使設(shè)備的絕緣問題變得嚴重，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)熱故障、擊穿故障和過早損壞等一系列問題。

為理清高頻諧波對電纜終端表面熱點形成的影響，國網(wǎng)寧夏電力有限公司超高壓公司、國網(wǎng)寧夏電力有限公司的研究人員趙慶杰、史磊、柴斌，在2022年第5期《電氣技術(shù)》上撰文，對兩種不同類型的電纜終端建立其電-熱耦合場有限元仿真模型，并利用COMSOL仿真軟件對電纜終端表面熱點現(xiàn)象進行電-熱耦合場有限元仿真，從而深入理解電纜終端表面熱點受高頻諧波變化影響而出現(xiàn)的特征，理清諧波頻率對電纜終端內(nèi)部瞬態(tài)電場及表面熱點的具體影響。

研究人員指出，本課題所使用的電纜終端為SG型電纜終端和GEO型電纜終端。其中SG型電纜終端的非線性應(yīng)力控制層材料主要成分是半導(dǎo)電材料，其主要作用是疏散外半導(dǎo)電層截斷處集中的電場，當(dāng)外半導(dǎo)電層截斷處的局部電場強度增大時，其所對應(yīng)的電導(dǎo)率成指數(shù)規(guī)律增加，有助于電場能量的釋放。GEO型電纜終端利用應(yīng)力錐的幾何結(jié)構(gòu)特點將電場分散到整個錐形結(jié)構(gòu)上，能夠有效控制電場強度。兩種電纜終端簡化模型如圖1所示。

圖1 兩種電纜終端簡化模型

研究人員表示，通過在不同諧波頻率作用下對兩種類型電纜終端的電場強度及總功率損耗密度的仿真分析可以得出，對于SG型電纜終端，電場強度最強處在其半導(dǎo)電層截斷處附近，同時，在此處的電場畸變比較嚴重，總功率損耗密度最大，發(fā)熱也比較嚴重，因此，此處極易形成局部熱點。

隨著諧波頻率的增大，SG型電纜終端處的局部功率損耗密度不斷升高，特別是總功率損耗密度成指數(shù)關(guān)系升高。而對于GEO型電纜終端，由于其材料的不同，電導(dǎo)率受諧波頻率變化的影響并不大，因而總功率損耗密度也不大。

另外，隨著諧波頻率的增加，SG型和GEO型電纜終端的電場強度及總功率損耗密度均在增加，并且SG型電纜終端的總功率損耗密度在增長率和數(shù)值上要明顯高于GEO型電纜終端，使SG型電纜終端具有明顯的熱效應(yīng)。

本文編自2022年第5期《電氣技術(shù)》，論文標題為“變電站不同類型電纜終端在諧波頻率作用下的電-熱耦合場仿真分析”，作者為趙慶杰、史磊 等。