HVDC电缆正向高电压等级和大容量方向发展，适当增加绝缘厚度和提高工作温度是大容量、高电压等级直流电缆研发的必然要求。高工作温度使绝缘内外温差增大，从而导致传统单层绝缘结构电缆绝缘内电场分布翻转现象更严重、绝缘利用系数进一步下降。参照油纸绝缘高压交流电缆的分层绝缘设计思想，采用不同非线性绝缘材料制造具有分层绝缘结构的HVDC电缆来改善电场分布以及减薄绝缘层厚度是一种可能的解决途径。　　为了从理论上验证分层绝缘设计理念在HVDC电缆绝缘设计中的可行性，本文采用多物理场耦合软件仿真研究了不同温度梯度、不同施压方式下分层半径对双层绝缘结构HVDC电缆绝缘稳态和暂态电场分布的影响规律，在此基础上定义了同时考虑稳态、暂态电场和温度梯度多重因素的综合绝缘利用系数，并提出了按绝缘材料的电导率内小外大排列、相对介电常数内大外小排列内外绝缘层的布局原则和综合绝缘利用系数最高的分层半径确定原则，而后验证了该双层绝缘设计原则的合理性，并讨论了界面电荷的影响规律。最后探讨了考虑击穿场强与温度因素的绝缘利用系数，证实了HVDC电缆绝缘内一定程度的场强分布翻转未必是坏事。　　电场仿真结果发现:与单层绝缘电缆相比较，按综合绝缘利用系数最高的分层原则设计的双层绝缘结构HVDC电缆在高温度梯度下均能显著改善电缆绝缘稳态和暂态电场分布，且温度梯度越高改善效果越显著;雷电冲击过程的电场分布主要受到稳态过程形成的界面电荷调控的影响，因而温度也是影响雷电冲击过程中绝缘暂态电场分布的因素;电压极性反转过程中，温度梯度越低，界面电荷变化滞后电压变化的现象越严重，相应过渡到稳态的时间也越长。