高压直流电缆运行时径向温度和电场分布是反映其运行状态的重要参数,考虑流场的海底电缆电热耦合规律研究具有重要意义。依据南澳直流工程±160 kV高压直流海底电缆,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件,建立了海缆本体及其敷设环境的3维电–热–流耦合模型,以控制变量法研究了铺设和埋设2种敷设方式下海缆载流量、海水温度和海水流速对海缆径向温度和电场分布的影响。结果表明:载流量是海缆径向温度和电场分布的主要影响因素;在该模型下海缆导体温度和绝缘层温差与海水温度存在线性关系;很小的海水流速能显著降低海缆温度,因此提出静止海水散热的流速修正系数;海水流动有利于海缆散热,导致海缆温度分布发生变化,同时影响海缆绝缘材料电导率而导致电场分布发生改变。6高电压技术2017,43(11)2仿真模型2.1几何模型及参数本文研究对象为南澳多端柔性直流输电系统的±160kV直流海底XLPE电缆，其结构见图1， 本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com  其简化后的海缆结构[21]见图2物理场耦合仿真-电动折弯机数控钢管滚圆机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机。仿真时把海缆敷设环境（海水和土壤）等效为2个长方体，即海缆敷设环境的上层为“水域”（含1个入口和1个出口），下层为“土壤区域”。埋设时海缆埋设深度>0.5m；铺设时海缆平放于海床上，由于重力作用海缆稍下陷于泥土中。现有研究通常认为距离电缆2m以外区域温度不受电缆发热的影响[22]，整个模型见图3。在电热耦合仿真时，需准确定义材料的电导率，本文参考文献[23]，海缆各层材料的电导率见表1。表中，σc、σse、σXLPE分别为阻水铜导体、第一等效层、XLPE绝缘材料电导率，θc、θse、θXLPE分别为阻水铜导体、第1等效层、XLPE绝缘材料的温度。其中，第1等效层由半导电尼龙带和导体屏蔽构成，2者均为半导体材料，因此电导率表达式不变。半导体材料的出产试验结果未给出电阻率的变化规律，假设电阻率线性变化，得到第1等效层电导率的计算式为6E的计算式选取了电导率温度系数和电场强度系数研究最广泛的经验式，即()XLPE03XLPE3σ=σexpaθ+bE(10)式中：σ0为温度和场强均为0时的参考电导率，S/m；a3为电导率温度系数，1/°C；b3为电导率电场强度系数，mm/kV。由于绝缘屏蔽对外屏蔽了电场，电场主要集中表1简化海缆各层材料电导率Tn材料电导率表达式阻水铜导体(()×第 物理场耦合仿真-电动折弯机数控钢管滚圆机滚弧机张家港钢管滚圆机滚弧机 本文有公司网站全自动滚圆机采集转载中国知网整理 http://www.gunyuanji.com