大盾构管片最不利上浮状态下三维形变特征模型试验方案设计

隧道施工期管片所受浆液浮力并非恒定,壁后浆液压力的不均匀分布会导致管片变形和隧道环的位错损伤。为减弱或避免因管片上浮造成的结构病害,通过自主设计研发一种考虑千斤顶水平推力、围岩压力以及同步注浆上浮力作用的管片三维加载模型试验系统,对大直径管片最不利上浮状态下的瞬时变形进行分析。试验装置由围压加载装置和非均布上浮力加载装置组成,可实现单点或多点同步加卸载;模型试验采用不同刚度弹簧模拟上浮期隧道与地层之间的相互作用;根据相似理论对管片模型和连接螺栓进行精细化设计和加工;根据实际工程中试验段的围压对模型围压初始值进行换算,并将动、静态上浮力相结合,提出更符合工程实际的盾构隧道横、纵向上浮力分析模型。结果表明:在拱底非均布上浮力的作用下,拱底竖向位移和收敛变形沿纵向均近似呈对数正态分布,其最大值均出现在脱出盾尾后第3环;各环管片的收敛变形与拱底竖向位移近似呈线性关系,斜率介于0.63~1.49之间;模型试验结果与实测数据相吻合。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计和施工提供一定的技术支持。

GIL支柱绝缘子嵌件-环氧界面缺陷演化过程与放电脆裂机制

交流GIS/GIL支柱绝缘子在生产、运行过程中其金属嵌件-环氧界面容易引入气隙缺陷,被认为是导致支柱绝缘子炸裂击穿故障的重要诱因。通过设计带有气隙缺陷的支柱绝缘子并搭建炸裂模拟实验平台,研究了绝缘子嵌件-环氧界面缺陷演化与炸裂过程。基于实验研究结果,将支柱绝缘子炸裂过程分为3个特征阶段:裂纹产生与扩展阶段、断裂阶段、炸裂阶段,气隙缺陷引发的局部放电会诱导裂纹的产生与劣化扩展,导致绝缘子在极短的时间内快速断裂并在多次高能电弧冲击下炸裂,呈现脆性断裂的特征。同时,通过实验分析了影响支柱绝缘子炸裂的关键因素,直流电压下绝缘子的炸裂概率比交流电压低10%~20%。进一步构建了电-机械耦合作用下的裂纹扩展相场仿真模型,分析了支柱绝缘子不同炸裂阶段的主导机制。在裂纹的产生与扩展阶段,电势能起到主要作用;在断裂阶段,电势能的作用逐渐减弱,机械势能逐渐增大并起到主导作用,当机械势能达到材料应力临界点时,绝缘子发生脆性炸裂。该研究成果初步揭示了支柱绝缘子气隙缺陷引发的放电脆裂机制,为支柱绝缘子的故障分析及优化设计提供理论基础。

平板电极下微米级粉尘弥散浓度探测方法与时空演化特性分析

气体绝缘全封闭组合电器/气体绝缘金属封闭输电线路(GIS/GIL)在生产、运行和维护过程中会不可避免地产生微米级粉尘,可能是诱发工程现场不明放电的根本原因。为检测微米级粉尘弥散浓度并研究浓度的时空演化特性,该文分析了10000目、2000目和1000目粉尘的光散射特性,在此基础上设计并搭建了基于平板电极的粉尘浓度探测平台,实现了粉尘弥散浓度的定量探测。通过实验研究,获得了在升压过程和持续加压下,不同粒径、不同初始质量微米级粉尘的弥散浓度演化规律。研究表明,随着电压作用时间的增加,粉尘浓度快速出现最大值,然后逐渐下降。微米级粉尘弥散浓度在升压过程中会出现峰值现象,当粉尘粒径减小或初始质量增大时,均出现更大的浓度峰值。在粉尘运动过程中,存在团聚启举的特殊现象,造成严重的电场畸变,威胁气隙绝缘安全。该文结果阐释了微米级金属粉尘弥散浓度的时空演化规律,可为GIS/GIL等电气设备中微米级金属污染物的监测和危险程度评估提供支撑。

交直流输电管道绝缘运行安全关键技术

交直流输电管道具有电压等级高、电磁辐射小、敷设灵活性强等优势,在超特高压输电领域弥补了架空线路和电缆铺设的局限性,具有广泛应用前景。影响输电管道运行安全的首要因素是绝缘故障,而其中两大重要诱因是内部微粒的荷电运动和气固界面的电荷积聚。该文系统化梳理国内外相关研究,包括微粒运动与电荷积聚的时空交互、微粒与电荷积聚耦合下的放电物理机制、绝缘子性能增强设计方法、微粒抑制技术等。在此基础上总结出亟待解决的两个关键难题以及需要攻克的技术瓶颈。针对荷电微纳粉尘随机动力学特性与其诱发微弱放电的物理机制,在测量基础上须突破粉尘可视化探测瓶颈,并发展粉尘动力学行为仿真方法,以及基于飞秒瞬态光谱特征的放电检测技术。针对基于电荷调控机制的主动式微粒活性抑制理论,须开发新型涂层材料的精准制备与稳定涂覆工艺,提出主动式微粒协同抑制方法,探索智能输电管道全生命周期数字孪生技术。上述问题的有效解决,可为提升交直流输电管道绝缘安全运行水平提供理论基础和技术支撑。

基于媒体流传送指标的IPTV视频传输质量检测方法研究

该文首先介绍了IPTV视频的研究背景和意义以及当下IPTV技术的发展和其在国内外的研究现状;随后对IPTV进行概述;同时讨论了媒体流传送指标的IPTV视频传输质量检测方法--进行监测和分析媒体流传送指标,评估IPTV视频传输的质量;最后分析实验结果和优化。

特约主编寄语

低碳能源供给和用能负荷形态的多元化,使得能源系统向多能态集约化发展。多态能源系统面向电力–交通融合供能系统、多功能工业园区等不同应用场景,以电能为核心整合场景内的多种能源形态,以一体化多能变换装备为手段,实现多种能源间的高效变换、协同管理与优化运行。

交直流GIS/GIL微纳粉尘可视化探测技术研究进展

交直流气体绝缘开关/气体绝缘输电线路运行的工程现场会产生多尺度微粒,其中的微纳粉尘在腔体中受到耦合场作用发生弥散运动。微纳粉尘粒径小、物化活性强、诱发的故障特征隐蔽性高,极大威胁设备绝缘安全。为此梳理了微纳粉尘的弥散浓度检测、空间分布的可视化探测技术的研究进展,并归纳了输电装备绝缘危险程度的评估方法。在此基础上,提出了微纳粉尘检测和危险程度评估中需要突破的关键问题和技术手段。高精度的微纳粉尘弥散浓度检测技术是研究和分析粉尘散射演化特性与弥散机制的基础,空间分布的可视化探测技术为实现微纳粉尘的示踪和探究时空动力学行为特征提供技术支撑。利用弥散浓度检测和可视化探测技术获得的微纳粉尘特征信息,能够建立粉尘危险程度评估的定量评价体系。微纳粉尘特征信息可视化探测技术的探索,也为开展微纳粉尘放电形态检测和放电机制研究提供思路。最后,总结了解决微纳粉尘可视化探测的技术途径,对研究气体绝缘开关/气体绝缘输电线路(gas insulated switchgear/gas insulated transmission lines,GIS/GIL)微纳粉尘的弥散演化机制与空间分布特征提供参考。

不同含水率下电-热耦合应力对油纸绝缘界面小分子气体扩散特性的影响机制

油纸绝缘在实际运行过程中,受到电—热耦合应力作用,其内部产生的气体以气泡的形式从界面处析出,造成局部放电甚至绝缘击穿,危害变压器的运行安全。文中通过搭建油纸绝缘电—热耦合实验平台,分别对不同温度、不同电场强度以及不同含水率条件下的油纸绝缘模型进行实验,实验结果表明,随着电场强度以及含水率的提高,气泡析出的起始温度逐渐下降。由此进一步建立油纸绝缘界面分子动力学仿真模型,以绝缘纸老化裂解过程中产生较多的CO_(2)为例,对其在油纸绝缘界面处的聚集状态、相对浓度,扩散系数,氢键作用以及自由体积分数进行了研究。模拟结果表明,升温提高了自由体积分数,促进了CO_(2)分子的布朗运动,较多CO_(2)分子扩散至界面处与绝缘油中,扩散系数提高了187.96%。相同温度作用下,随着电场强度的增大,CO_(2)分子与其他分子间形成的氢键数量减少,导致CO_(2)受到的分子间作用力减小,290K时,电场从50kV/m增大到200kV/m时,扩散系数平均提高了90.41%;360K时,提高14.02%。含水率的提高使得CO_(2)分子的扩散系数平均提高了367.17%。结果表明,温度和含水率在油纸界面气体分子扩散过程中起主要作用。研究通过微观分子动力学仿真手段,揭示了电—热耦合应力对气体分子扩散的影响机制,为变压器安全运行提供了新的监测评估依据。

交流GIS提上式微粒陷阱优化设计方法

金属微粒是引发交流GIS绝缘故障的主要原因之一,微粒陷阱作为抑制微粒运动的关键组件,尚缺乏微粒抑制机制与定量设计方法。文中搭建了真型GIS微粒陷阱捕捉过程观测平台,分析了微粒陷阱的捕捉机制,微粒陷阱对底部电场强度的抑制作用以及微粒运动的高度分布是影响微粒陷阱捕捉效果的关键因素。基于陷阱捕捉机制定义了微粒陷阱的危险系数,以评估微粒陷阱对不同特征微粒的捕捉能力,进一步建立了考虑微粒荷电碰撞运动特性的微粒陷阱捕捉过程仿真模型,仿真计算了不同参数微粒陷阱的危险系数与捕捉概率,获得了微粒陷阱的最优尺寸。提上高度为4 mm的110 k V微粒陷阱与提上高度为6 mm的220 kV微粒陷阱具有最佳的微粒抑制效果,最后通过实验验证了仿真优化结果的有效性。提出的微粒陷阱优化设计方法可为不同电压等级的陷阱设计提供定量指导。

过瘤胃氨基酸和过瘤胃脂肪对饲喂低蛋白质饲粮滩羊生长性能、消化代谢、屠宰性能及肉品质的影响

本试验旨在研究过瘤胃氨基酸和过瘤胃脂肪(RPF)对饲喂低蛋白质饲粮滩羊生长性能、消化代谢、屠宰性能及肉品质的影响。选择健康无病、体重[(22.00±1.00)kg]相近的3月龄滩羊27只,随机分成3个组,每组9只羊。对照组饲喂基础饲粮,试验Ⅰ组饲喂基础饲粮+7.5 g/d过瘤胃赖氨酸(RPLys)+4.5 g/d过瘤胃蛋氨酸(RPMet),试验Ⅱ组饲喂基础饲粮+2.4 g/d RPF,各组饲粮营养水平相近。预试期10 d,正试期60 d。结果表明:1)试验Ⅱ组滩羊终末体重显著高于其他2组(P<0.05),各组间其他生长性能指标差异不显著(P>0.05)。2)试验Ⅰ组中性洗涤纤维(NDF)表观消化率较对照组和试验Ⅱ组分别极显著提高了33.59%和51.91%(P<0.01);试验Ⅰ组酸性洗涤纤维(ADF)表观消化率最高,并显著高于试验Ⅱ组(P<0.05)。3)试验Ⅱ组胴体重、骨重、眼肌面积和骨肉比均极显著高于对照组和试验Ⅰ组(P<0.01),试验Ⅱ组净肉重和屠宰率较对照组分别显著提高了50.27%和12.33%(P<0.05)。4)试验Ⅰ组羊肉pH45 min极显著低于对照组和试验Ⅱ组(P<0.01),失水率显著低于对照组和试验Ⅱ组(P<0.05)。5)试验Ⅰ组羊肉粗蛋白质含量极显著高于试验Ⅱ组(P<0.01),粗灰分含量显著低于对照组(P<0.05)。综上所述,在低蛋白质饲粮条件下,添加RPLys和RPMet能够提高滩羊NDF和ADF表观消化率,而添加RPF能够改善滩羊屠宰性能。

考虑空间电荷分布的旋转风机叶尖电晕放电特性

雷击灾害严重威胁风电机组的稳定运行,目前尚缺乏针对旋转风机叶尖电晕特性的研究。为此,搭建了缩比旋转风机叶尖电晕观测实验平台,开展了风机叶尖的电晕模拟实验,分析了正负雷电极性下旋转叶尖的电晕平均电流、放电重复率以及占空比等电晕特征量,获得了正、负雷电极性下旋转风机的叶尖电晕放电特性;同时,建立了叶尖电晕的流体-等离子体化学混合的数值模型,从微观角度研究了不同极性叶尖电晕演化的差异。分析结果表明:与静止风机的电晕随机脉冲模式相比,旋转风机的叶尖电晕呈周期性间隔放电簇模式,且随着转速增加,电晕放电电流和重复率呈上升趋势;风机叶尖的正负电晕具有明显的极性效应,对叶尖正负电晕放电图谱进行分析发现,相较于正电晕呈分离特征明显的间隔放电簇模式,负电晕呈间隔的放电簇与连续的微弱放电叠加的模式。所得结论可以为旋转风机雷击防护技术提供理论依据。

石墨烯增强铜钨合金触头耐磨损性能的分子模拟

石墨烯(graphene,Gr)因其优异的性能而被广泛作为金属基材料增强相,但目前石墨烯对铜钨合金(Cu W)耐磨损性能的微观作用机制仍不清晰。该文基于分子动力学模拟方法,针对Cu W“假合金”的特点,应用粒子群算法建立Cu W80和掺杂不同质量分数石墨烯的CuW80Gr复合模型。基于该模型在LAMMPS下计算温度300~3000K范围内的弹性模量,通过纳米压痕模拟计算模型的硬度,从微观位错动态演变过程分析石墨烯对Cu W80Gr复合模型耐机械磨损性能的增强机制。结果表明:Cu W80Gr模型的弹性模量与硬度均比Cu W80高,且均表现出随着石墨烯质量分数增大而降低的趋势,石墨烯的引入有助于解决断路器在开断关合过程中由于高温引起的机械性能下降问题,石墨烯对CuW复合材料的增强机制为屏障作用与位错强化。研究结果可为铜钨合金复合材料的掺杂优化设计、遴选与性能调控提供理论指导和技术支撑。

不同比例芦苇草替代玉米秸秆和柠条对滩羊生长性能、氮代谢、屠宰性能及肉品质的影响

本试验旨在研究不同比例芦苇草替代玉米秸秆和柠条对滩羊生长性能、氮代谢、屠宰性能及肉品质的影响。选择体况良好、健康无病、体重相近的宁夏滩羊公羔32只,随机分为4组,每组8只。4组试验羊分别饲喂含有0(对照组)、7%(试验Ⅰ组)、14%(试验Ⅱ组)、21%(试验Ⅲ组)的枯黄期芦苇草的颗粒全混合日粮(TMR)。预试期15 d,正试期85 d。结果显示:1)试验I组、试验Ⅱ组和试验Ⅲ组的平均日增重均极显著低于对照组(P<0.01),料重比极显著高于对照组(P<0.01)。随着芦苇草添加比例的增加,试验羊的平均日增重呈逐渐降低的趋势,料重比呈逐渐升高的趋势。芦苇草的添加降低了滩羊的生长性能和经济效益,但试验组滩羊平均日增重和纯利润仍处于较高水平,分别为210.54~224.80 g/d、3.91~4.32元/(只·d)。2)随着芦苇草添加比例的增加,滩羊的沉积氮和氮利用率呈逐渐降低趋势,芦苇草添加比例为7%时总排出氮最低。与对照组相比,芦苇草添加比例为14%和21%时显著降低了滩羊对酸性洗涤纤维的表观消化率(P<0.05)。3)芦苇草的添加降低了滩羊的屠宰性能、尾脂的沉积、肌肉的熟肉率及保水能力,对滩羊肉的营养成分未造成不良影响。与对照组相比,芦苇草添加比例为14%时显著改善了肌肉亮度值(P<0.05)。综上可知,随着芦苇添加比例的增加,滩羊的生长性能、屠宰性能、肉品质、氮的沉积和利用率及经济效益均呈逐渐降低趋势,总排出氮在芦苇草添加比例为7%时最低。考虑到滩羊的纯利润和平均日增重处于较高水平下,故在玉米秸秆出现短缺的情况下可以用芦苇草来代替,芦苇草添加比例以不超过7%较宜。

石墨烯/铜钨合金触头电弧烧蚀的固–液相变动力学模拟与烧蚀程度微观表征

石墨烯因出色的功能特性被用于金属基材料的增强相,但目前对于石墨烯增强铜钨(copper-tungsten,CuW)合金电触头抗烧蚀性能的微观作用机制尚不清晰。该文通过粒子群优化算法构建符合“假合金”结构的CuW80复合材料模型以及掺杂不同质量分数的CuW80Gr复合模型。引入双温模型–分子动力学方法,建立考虑晶格振动和自由电子热传导效应的CuW合金电弧烧蚀模型,并针对材料局部物理状态提出评估烧蚀程度的微观表征量,从材料内部固–液相变动态演变过程分析石墨烯对CuW合金复合材料的微观增强机制。结果表明,CuW80Gr模型的损失质量与电弧侵蚀深度均比CuW80低,且随石墨烯质量分数增大呈下降趋势,其中在100ps时刻,CuW80Gr0.15%的损失质量较CuW80降低10.66%,电弧侵蚀深度降低92.56%。石墨烯对CuW80Gr合金的增强机制,主要体现为Cu相热传导能力的加强,使得热流通过Cu相将能量更快地传导至基体深处,从而减少表面原子的蒸发飞溅和电弧对W骨架的侵蚀。结果可为石墨烯增强铜钨合金电触头的抗烧蚀性能的优化设计和性能调控提供理论依据与技术支撑。

考虑多源信息不确定性的TBM利用率预测

隧道掘进机(TBM)施工对地质条件非常敏感,一旦发生事故会造成严重的工期延误和巨大的经济损失。本文在对TBM利用率影响因素进行统计分析和对输入参数进行优选的基础上,以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实例为依托,将天牛须搜索优化方法与增强回归树算法进行耦合,提出一种考虑多源信息不确定性的TBM利用率预测模型(BAS-BRT);将该模型预测结果与粒子群优化-增强回归树耦合模型(PSO-BRT)预测结果进行对比分析,并通过现场实测数据验证TBM利用率预测模型BAS-BRT的有效性及其对典型地质段施工风险的适应性。研究结果表明:天牛须优化算法的自适应特点能够真实反映TBM施工中出现的不确定性问题,增强回归树算法可实现模型的全局最优化迭代,TBM利用率预测模型BAS-BRT具有较高的预测精度、较好的泛化性能,同时具有良好的并行处理能力与鲁棒性。

多巴胺接枝的纳米氮化硼改性环氧树脂绝缘表面电荷高频消散特性

环氧树脂(EP)常用作高频变压器的主绝缘材料,因长期受高频重复电应力作用,导致表面积累的电荷密度增加,容易诱发绝缘失效。纳米改性是提升复合绝缘界面电荷消散特性的重要手段。该文采用多巴胺接枝的纳米氮化硼(h-BN)改性制备了环氧树脂复合材料,重点考察绝缘表面电荷的高频消散特性。受耗散时间、高频致热效应及深陷阱能级的影响,高频下的绝缘表面电荷不易消散,而引入多巴胺接枝的BN可有效提升环氧树脂复合绝缘的电荷消散速率。具体结果表明,掺杂质量分数为10%时,电荷消散速率达到最大值62.15%,相较于纯EP提高了19.41%,与此同时高频沿面闪络电压比纯EP提高了14.73%。其提升机理主要缘于两个方面:一是BN表面接枝的氨基增强了填料与基体的相容性,形成的三维交联网络拓宽了电荷消散路径;二是材料表层浅陷阱密度的提高,使得载流子易通过隧穿效应参与到电导过程,提高了载流子迁移率;此二者协同作用有效提高了表面电荷的高频消散速率。上述研究结果为高频变压器主绝缘系统优化设计提供了基础依据。

特高压换流阀桥臂电抗器包封参数的混合约束设计方法

随着交直流输电工程的混联规模不断扩大,桥臂电抗器的工况日益复杂。现有设计方法不能满足复杂工况的需求,单一的设计约束难以实现综合性能优化,在工程需求多样化的发展趋势下,需要兼顾各项性能指标。提出交直流复合工况下的等效电磁模型,以工频下得到的结构参数为准,在此基础上求解其他频次的包封电流,并在计算时考虑到实际的过负荷、谐波工况;提出基于权系数的混合约束设计方法,形成包封电流密度、电阻电压和温升混合的约束条件,提出权系数调整策略,并建立目标函数量化比较不同设计算例,在此基础上,面向严苛的电抗器实际需求,另构建3种目标函数,明确优化流程,利用梯度下降法对包封结构进一步优化。针对±800kV桥臂电抗器实例,采用混合约束设计在各项指标中取了“折中”,通过样机的系列测试验证了设计方法的有效性。

特高压交流GIS/GIL拔孔型陷阱优化设计与协同布置方法

交流气体绝缘组合电器(GIS)和气体绝缘输电管道(GIL)内的运动金属微粒是诱发设备绝缘故障的重要因素,且特高压下的运动金属微粒引发设备绝缘故障的概率更大,而微粒陷阱可抑制金属微粒的运动,但实际工程中的微粒陷阱仍缺乏主动捕获微粒的能力。该文首先基于GIS/GIL内金属微粒动力学模型,分析了拔孔型陷阱的微粒主动捕获机制,进而根据金属微粒荷电运动与碰撞动力学特性,建立了拔孔型陷阱捕获概率计算模型,考虑陷阱的捕获能力对拔孔型陷阱的结构参数进行优化设计。具体结果表明,针对苏通工程中的特高压交流GIL,当陷阱直径为60cm、深度为30cm时,拔孔型陷阱抑制微粒效果达到最佳。进一步考虑微粒碰撞反射角的随机性,将拔孔型陷阱附近捕获率大于90%的区域定义为有效捕获范围,优化的拔孔型陷阱的有效捕获范围为32cm。最后,通过分析栅格型陷阱与拔孔型陷阱轴向电场分布,表明栅格型陷阱能够增强拔孔型陷阱的有效捕获范围,并以提高绝缘子附近的微粒抑制效果为目标,提出了绝缘子附近栅格型与拔孔型陷阱的协同布置方法。

高频电应力下温度对复合绝缘界面局部放电特性的影响机制

界面气隙空腔是引发固态变压器复合绝缘局部放电的重要原因。为厘清高频电场下温度对气隙空腔局部放电特性的影响机制,该文搭建高频电–热耦合应力下复合绝缘局部放电测量平台,开展不同温度下环氧树脂–聚酰亚胺复合绝缘气隙空腔的局部放电特性研究。结果表明:实验温度由30℃升高至180℃时,局部放电起始电压降低38.9%,平均放电幅值由35.2mV增加至171.9mV,单周波放电次数由50次/s增加至268次/s;相同温度下,放电幅值随频率增加而逐渐减低,放电次数则表现出增大。进一步给出温度对复合绝缘局部放电特性的影响机制:温升可提高电荷在界面处的迁移速度,降低气隙空腔内部合成电场,导致放电次数和放电幅值增加。该研究可为固态变压器复合绝缘状态检测提供一定的依据。