电缆终端内部绝缘屏蔽层剥除导致电场沿径向发散，使绝缘屏蔽层末端电场畸变、局部电场强度过大，进而引发局部放电，甚至造成绝缘击穿。为了改善终端电场分布，电缆终端采用了多种降低电场畸变的处理措施，其中应力锥结构作为预制式冷缩电缆终端的重要组成部分，在电缆终端运行中能够缓解金属屏蔽层截断处的电场强度集中。

但在电缆终端安装施工中，受到安装工艺和运行条件的影响，电缆终端应力锥结构容易出现应力锥与绝缘屏蔽层位置的相对变化，即产生终端应力锥错位缺陷，影响应力锥处电场均匀分布；同时，缆芯与绝缘温度升高导致终端内部热应力分布变化，当终端内部存在缺陷时，将进一步影响终端内热应力分布。因此，研究电缆终端缺陷状态运行时的电场分布、温度分布、应力分布等关键性能，对分析终端故障原因具有重要意义。

有关电缆终端缺陷研究主要集中在研究缺陷状态下电缆终端的运行状态，其中大部分为电缆缺陷运行状态下的电场、温度场运行特性分析。电缆终端在运行过程中因温度变化产生的热应力与形变会损伤电缆终端结构，甚至造成终端绝缘击穿。电缆终端缺陷会影响终端内部的应力分布，造成终端缺陷部位应力畸变更为严重，因此分析电缆终端缺陷状态下的热-力运行特性十分必要。

为研究终端应力锥错位缺陷对电缆界面温度及应力分布的影响，东北电力大学输电工程安全技术工程实验室的祝贺、何峻旭等学者，根据电缆终端各物理场间的耦合关系，建立电缆终端安装不足与安装过盈情况下的电缆终端错位缺陷模型，并进行电-热-力多物理场耦合仿真分析。通过对比电缆终端界面最大电场强度与位置、界面温度变化以及界面压力和锥体应力分布，研究电缆终端错位缺陷下的热-力特性。

图1 电缆终端仿真模型

研究者发现，电缆终端绝缘屏蔽层截断处是电缆终端的薄弱部位，终端界面温度和界面压力都会在绝缘屏蔽层截断处发生突变。当电缆终端存在安装不足缺陷时，终端屏蔽层截断处与应力锥根部之间会出现电场升高区域，在安装位置为-7.5 mm时界面温度最高，绝缘界面压力值升高，且安装位置为-2.5 mm时绝缘承受的压力值最大。

图2 电缆终端结构

另外，当电缆终端存在安装过盈缺陷时，绝缘屏蔽层截断处会发生电场畸变，电场突变量随着偏移量的增加而增大，在安装位置为+5.0 mm时绝缘界面压力值最大，且界面压力突变量增加发生畸变。因此，在电缆终端实际设计安装与运行维护中，额外注意应力锥错位缺陷对终端内部应力分布的影响十分必要。

图3 电缆终端应力锥错位缺陷结构示意图

他们总结指出，电缆终端在安装不足与安装过盈运行下都会出现热应力升高与截断位置应力畸变量增加现象。根据仿真结果可认为，当高压电缆终端复合材料界面热应力发生畸变时，会导致附件内部复合材料径向和轴向受力增加。

高压电缆终端内部应力增大，一方面，导致绝缘介质内部发生分子层面的物理破坏，形成微孔或裂纹等；另一方面，绝缘介质内部分子间的距离会相应增大，使电子更容易获得加速，造成缺陷附近分子链快速断裂，加速了绝缘材料的老化，便于电树枝进一步发展。由此认为，高压电缆终端在实际施工运行中，应力锥错位缺陷会导致复合界面的应力畸变，并加速绝缘材料老化，容易引发电缆终端绝缘故障。

本工作成果发表在2024年第1期《电工技术学报》，论文标题为“电缆终端应力锥错位缺陷对界面温度及应力分布的影响”。本课题得到吉林省科技发展计划资助项目的支持。