相对于高压交流电缆，高压直流电缆有输电距离远、便于电网连接、对环境影响小等优势。作为海底输电的最优选择，直流电缆有利于控制温室气体排放的环境目标。因此，近年来研究人员对于高压直流电缆的兴趣越来越大。
      实际运行过程中，高压直流电缆的绝缘层可能会有缺陷出现，其来源主要为两个方面，即预先存在的缺陷和运行中新产生的缺陷。一方面，即使是刚刚出厂即将投入使用的高压直流电缆，其内部也并非是毫无缺陷的，由于出厂时这些缺陷经检测对电缆的影响符合工业标准要求，因而将其视为合格，但在运行过程中受到电场、温度以及实际工作条件的影响，这些微小的缺陷可能慢慢发展成对电缆具有老化作用甚至破坏作用的缺陷；另一方面，在正常运行中可能产生新的缺陷，如对于油纸绝缘的高压直流电缆在外施电压发生较大变化(如电压极性反转或出现故障) ，导致电缆内部温度尤其是靠近导体部分的温度会发生较大变化时，根据热胀冷缩原理，电缆内部原有缺陷的形状可能发生畸变，并会产生新的单个或多个缺陷，此外高场强也是在运行过程中导致缺陷产生的重要因素，对此文献中给出了绝缘材料中产生缺陷的临界电场强度以及破坏性缺陷的尺寸。
      缺陷对于高压直流电缆的影响分为两个方面：一方面缺陷可能导致周围绝缘体的电场分布发生畸变，进而影响绝缘材料的老化状况；另一方面，由于缺陷内部材料的相对介电常数和电导率相对于周围的绝缘材料都低，缺陷的出现会增强局部场强。同时，缺陷内部材料的绝缘强度低于周围的绝缘材料，因此缺陷有优先被击穿并发生局部放电的趋势。在放电过程中缺陷电导率大大提高，并伴随产生放电电流。               
      由于缺陷位于电缆内部且尺寸很小，且由电缆运行中产生的缺陷位置难以确定，因而运用实验方法很难对缺陷进行研究。运用有限元仿真分析的方法，建立与实际情况相同的物理模型，对研究对象进行合理分割，对每个部分根据适当的算法进行分析计算是目前进行缺陷研究应用最为广泛且行之有效的手段。本文应用有限元分析的方法研究缺陷对绝缘材料周围电场强度的影响，并通过研究绝缘层温差、缺陷位置以及尺寸等因素，得到了较为通用的直流电缆缺陷对电场畸变的计算公式。通过比较二维与三维建模结果，给出两种模型的适用范围。此外，通过对缺陷周围电场强度的详细研究，给出了电场线的分布情况以及缺陷的畸变范围。              
      与交流设备相比，高压直流电缆等非纯电阻性高压直流设备，内部的电场分布更加复杂。一方面，电容是决定交流设备电气性能分布的决定性因素，而直流条件下电气参数由电容和电阻共同决定；另一方面，材料的相对介电常数是不变的，而在直流条件下材料的电导率由局部的电场强度与温度值所决定的，相对于电容值的计算，材料电阻值的计算更加复杂。                
      直流设备内部电场的激发过程可以分为4个阶段，如图所示。高压直流设备经历Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ3 个阶段达到稳态。外施电压在阶段Ⅰ达到了峰值，但直流设备的内部电场呈现纯电容性分布的趋势。在阶段Ⅱ和Ⅲ，设备外加电压是稳定的，设备内部电场在阶段Ⅲ达到稳态并在这个阶段遵从纯电阻性分布。阶段Ⅱ是过渡阶段，设备内部电场分布由电容和电阻值共同决定。阶段Ⅳ表示了直流电压截止后的电压过渡过程。外部电压虽然已经截止并归零，空间电荷的存在使得高压直流设备内部依然有电场和电势存在。随着空间电荷的消散，设备内部电场减小，并在一段时间之后消失。
      本文对于缺陷的研究只关注于阶段Ⅲ的情况，即稳态下缺陷对于局部电场和温度的影响。                 
      从20 世纪40 年代起提出到现在，有限元分析( finite element analysis，FEA) 理论迅速发展，成为进行科学研究，解决数学、物理、工程中复杂的非线性以及多物理场耦合问题的重要工具。如今，FEA 在科研领域和工业生产领域已经得到了广泛的应用，例如西门子公司研发的 PLM 软件能够利用有限元分析方法进行复杂的结构和物理场分析，并进行产品生命周期的管理计算。

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