采用硅橡胶作为超高压直流电缆接头的增强绝缘，在接头结构设计中需要解决硅橡胶与电缆绝缘的电导率配合和界面问题。文中利用钛酸铜钙纳米纤维（CCTO NFs）对硅橡胶进行非线性电导率的改性，对改性硅橡胶和交联聚乙烯（XLPE）组成的双层介质界面进行了直流击穿特性试验，以改性硅橡胶以及界面的特性参数为控制条件对改性硅橡胶500 kV直流电缆接头进行了优化设计分析。研究表明，CCTO NFs大大提高了硅橡胶的电导率非线性系数，CCTO改性硅橡胶的直流击穿强度随CCTO NFs体积分数的增加而下降，增大界面压力和涂覆硅脂可提高双层介质界面的直流击穿性能；这种改性硅橡胶对500 k V直流电缆接头增强绝缘中的过高的电场强度和应力锥根部的界面切向电场具有显著的改善作用，可进一步缩小500 kV直流电缆接头的几何结构。研究结果为500 kV直流电缆接头的优化设计提供了有效的新方法。