随着我国能源结构转型及碳达峰、碳中和目标的驱动，电力系统正逐步向高比例新能源和高比例电力电子设备（“双高”）的趋势发展。非线性电源和高频开关设备的大规模接入带来的电网谐波问题日益严重，对电力设备的热应力、绝缘应力提出了更严苛的考验。

套管是电力系统中保护引线和绝缘支撑的重要设备，长期承载着系统的全电压、全电流，交/直流复合、谐波等复杂工况下套管有功损耗引起发热状况严峻，易出现套管内部过热引发故障，一定程度上限制了套管的通流能力。因此，准确分析套管有功损耗特性对套管的设计、运维具有重要意义。

套管的有功损耗主要由芯体绝缘的介质损耗和载流结构的焦耳损耗两部分组成，介质损耗由绝缘材料本征介电参数和系统电压幅值及波形决定，焦耳损耗由载流结构尺寸参数和电流幅值及波形决定。现有研究主要针对套管绝缘介质损耗特性，对于载流结构有功损耗的分析鲜有报道。

载流导体有功损耗是引起套管温升的重要热源，对其进行定量计算的难点在于：一方面，通过载流导体的电流含有大量高次谐波，谐波会加剧载流导体的发热和有功损耗；另一方面，趋肤效应作用下套管有效载流面积减小，谐波电阻增大，进一步加剧套管的有功损耗和发热。

输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室（重庆大学）、国网湖南省电力有限公司等单位的杜林、张科、冯辉 等，以谐波特征显著的换流变阀侧套管为研究对象，基于电磁场理论，建立了计及趋肤效应影响的套管载流结构谐波电阻计算模型。

图1 套管载流导体横截面

图2 可编程交流电源和大功率电阻

他们理论推导和试验验证了计及趋肤效应下谐波分量有功损耗的可叠加性；基于高压直流输电系统仿真得到换流变阀侧套管的电流波形，结合载流导体实际参数进行有功损耗计算，并提出谐波电流有功损耗增强系数来表征在谐波电流和趋肤效应共同影响下，对套管载流结构有功损耗的增强作用。

图3 云广特高压直流输电系统仿真模型

研究者搭建了直流输电仿真平台，对实际换流变阀侧套管谐波损耗计算，结果显示占基波电流2.09%的谐波电流在套管载流导体上产生的损耗占基波损耗的4.33%，趋肤效应影响下谐波对套管载流导体有功损耗具有显著增强作用。

该研究成果对于套管设计、运维及事故分析具有一定指导意义，同时可用于变压器、输电线路等载流结构的有功损耗定量计算与热效应分析。

本工作成果发表在2023年第17期《电工技术学报》，论文标题为“计及趋肤效应的套管载流结构损耗分析”。