摘要：传统的激光测振仪多使用氦氖激光器,不满足人眼安全条件,在户外容易受到太阳光干扰。其使用的光学天线大多数仅能工作于氦氖激光器的辐射波段,同时存在结构复杂、成本较高、收集效率低、工作距离较短等不足。为了解决以上问题,基于近红外波段透镜组的扩束和聚焦原理,以Zemax作为设计工具,以点列图和波前图为主要分析手段,设计并制作了一款可工作于1550 nm的三片式收发一体光学天线,结构简单,成本低。分析结果显示:在0.3~15.0 m的工作距离范围内均可获得直径小于2 mm的聚焦光斑;测试结果显示其最大收集效率可达到51.6%。同时,将该光学天线应用于自主设计搭建的激光多普勒测振仪中,实现了不同工作距离下的振动测量,有效扩展了激光测振仪的应用范围和应用场景,在机械、航空、建筑、医学、农学等领域有很大的应用潜力。

摘要：为实现对气体绝缘母线(GIB)过热性故障的及时诊断,该文提出一种GIB设备触指和外壳温度快速精确计算方法。该方法基于热电类比和传热学原理,建立包含触头结构的GIB热网络模型。利用圆盘接触的单热流通道(CMY)模型计算了触指与导电杆、基座之间的接触热阻,通过有限元数值模拟试验获取GIB各部件表面的非线性对流换热热阻及辐射换热热阻。利用GIB温升原型物理试验对基于热网络模型的GIB触指和外壳平均温度计算结果进行了验证。结果表明:在不同测试电流作用下,热网络法的计算速度约为有限元法的34倍,GIB外壳及触指温度热网络模型计算值与实测值之间误差最大为9.5%,最小为0.2%,验证了所建立的气体绝缘母线热网络模型的有效性。该模型可用于快速评估GIB设备外壳及触指温度,为GIB设备的热设计和温升状态监测提供了一种有效的分析方法。

摘要：基于瞬态场路耦合有限元理论建立了外部电压源激励下的三相共箱气体绝缘母线电路-电磁-结构场数值计算模型。采用顺序耦合方法将电磁场分析得到的节点电磁力作为载荷施加到结构场有限元模型中计算外壳的振动特性。通过将计算结果与镜像电流法和外壳振动测试结果进行对比验证该计算模型的有效性。基于该模型分析计算了工频稳态和不同短路故障条件下三相共箱气体绝缘母线电动力空间分布特性和时变特性,计算结果表明由于三相导体位于同一金属壳体内,短路故障类型将直接影响导体和外壳上电动力的分布特性。单相短路故障条件下气体绝缘母线导体短路电动力在幅值上要大于相间短路和三相短路且在时间上要早于相间短路和三相短路。计算模型和分析结果可用于三相共箱气体绝缘母线结构优化设计和短路故障监测。

摘要：为改善油浸式变压器的性能,探索变压器内部温度场-流场的工作特性,该文提出基于涡流-温度-流场多物理场耦合方法,建立油浸式变压器内部流动-传热计算模型。该模型采用有限元差分法(FDM)计算变压器内涡流场;采用格子玻耳兹曼方法(LBM)计算变压器内温度-流场。该计算方法在宏观上以开尔文为单位通过传热学第一类边界条件实现了固-液边界传热;在介观上以无量纲的格子玻耳兹曼方法中分子分布函数为单位对变压器内铁心绕组固体域与绝缘油流体域进行温度传递与油流流动的计算,完成基于宏观-介观单位尺度变化的流-固温度耦合传热计算。在此基础上分析油浸式变压器内部温度场与流场的工作特性。为验证计算模型的有效性,该文设计变压器流动-传热模拟实验平台,进行正常工作状况下变压器模型的流动-传热实验。实验结果表明,该计算方法由于格子玻耳兹曼算法迭代前期需要扩散格子密度覆盖计算区域,计算迭代前期温升状况不明显,无法有效地拟合油浸式变压器内部温度场与流场工作特性;在计算方法迭代一定次数后,计算误差在5%以内,能有效地拟合变压器工作特性。该算法模型对开展预防油浸式变压器内部故障工作,减少油浸式变压器内部过热事故有着一定的工程意义。

摘要：为研究电力系统不同故障电流对1250 A插入式梅花触头触点位置暂态温升特性的影响,文中采用导电桥来模拟触指与导体杆之间的表面接触,基于A-φ法建立了外电路约束下梅花触头三维电路—电磁场有限元计算模型求解触头各部位的功率损耗,将功率损耗作为载荷传递到温度场有限元模型计算获取了梅花触头的温升分布。搭建了梅花触头原型物理温升试验平台,开展物理模拟试验验证了所建立数值计算模型的有效性。基于该模型分析了短路故障电流和变压器合闸励磁涌流冲击下梅花触头触点的暂态温升特性。结果表明,触头触点瞬态温升与故障电流波形存在跟随效应。励磁涌流作用下的触点最大瞬时温升为71℃,短路电流冲击下触点最大瞬时温升达270℃。研究结果可为梅花触头的设计制造和状态检修提供参考。

摘要：针对GIS设备导体温度监测和回路过热性故障预防,在分析光纤光栅测温原理和成像解调技术的基础上,提出了一种基于光纤光栅温度传感网络的GIS导体温度巡检方案。通过现场温升试验建立了GIS导体温度测量模型并根据相关标准制定了GIS导体温度过热性故障判据。研制了可应用于不同GIS母线温度测量的便携式巡检装置,设计了温度巡检装置的硬件系统和软件系统。现场实验表明该设备工作稳定,测温精度高,对于保障GIS设备的安全稳定运行具有现实意义。

摘要：为研究气体绝缘金属封闭开关(gas insulated switchgear,GIS)中隔离开关分合闸操作时产生的特快速暂态过电压(very fast transient over-voltage,VFTO)对电子式互感器的电磁辐射干扰,建立了GIS电子式互感器的仿真模型,以实测VFTO波形为激励源,基于隐式时域有限元法计算了VFTO穿透绝缘接线端子圆盘辐射至二次金属采集箱的暂态电磁场分布。结果表明VFTO作用下辐射至金属采集箱内的暂态电场强度和暂态磁场强度均远远超出现有电子式互感器采集单元的电磁兼容试验标准。提出了减小接线端子原盘直径及增大金属采集箱与GIS外壳连接长度的抑制措施,仿真验证其可获得较高的屏蔽效能。研究成果可为电子式互感器的VFTO电磁辐射干扰抑制设计提供理论依据与技术支持。

摘要：桥梁的风致涡激振动是影响随桥电缆疲劳寿命的因素之一,采用有限元法对随桥电缆在风致涡激振动作用下的疲劳寿命进行分析。首先,建立桥梁的二维瞬态流-固耦合数值模型,采用动网格和用户自定义函数(UDF)技术实现桥梁的瞬态振动位移响应求解;其次,将桥梁的单位振动位移作为边界条件施加在电缆上,获取电缆在单位振动位移作用下静力学应力求解结果;最后,通过求解的应力结果与一个周期的桥梁振动位移时程构建应力时间历程,并基于材料的S-N曲线和Miner线性累积损伤理论获取电缆的疲劳寿命。结果表明:在风致涡激振动作用下,作用在随桥电缆上的作用力近似为对称等幅循环载荷;电缆的疲劳损伤最大处出现在夹具固定附近的铝护套层上,寿命循环次数达3.3×10^(5)次,寿命约为206.25 h。该研究可为跨海电缆的安全可靠性设计和状态运行维护提供理论指导。

摘要：气体绝缘母线(GIB)触头是过热性故障的多发部位,而接触电阻的大小是设备能否稳定运行的决定性因素。为了实现对GIB触头接触失效的预测,在时间尺度的非线性Wiener模型与逆幂率加速老化模型基础上,建立了GIB触头的失效预测模型。搭建了GIB触头电接触失效试验平台,开展了SF6和空气介质下GIB触头的载流摩擦磨损试验。通过似然函数参数估计得到不同条件下GIB触头接触电阻退化表达式,进而根据概率分布函数获取触点的接触失效寿命。试验结果与预测结果对比表明所建立失效预测模型的有效性。GIB触点在空气下的寿命22.76年,在SF6下的寿命为43.67年,所建立的失效预测模型可为GIB触头的设计制造和状态检修提供技术支持。

摘要：针对梅花触头电动稳定性设计与接触失效机理分析,采用三维有限元方法建立了梅花触头电动力计算模型基于该模型分析计算了短路负荷条件下的梅花触头与导体的电动力暂态变化过程。通过与其它计算方法对比分析,结果表明该计算模型可以克服经验公式法无法准确考虑触指结构的缺点,能够较为准确计算不同触指结构的梅花触头短路电动力分布。基于该模型分析了梅花触头短路电动力的影响因素,分析结果表明短路电动力增大引起的梅花触指接触压力减小是造成梅花触头失效的一个重要原因,增大接触压力对提高梅花触头电动稳定性的作用有限,增加触指片数和减小触指半径是提高梅花触头电动稳定性的有效途径。