狭窄空间内矩形导体电流测量装置设计与优化

针对狭窄空间内矩形导体电流测量,提出了一种基于霍尔元件椭圆阵列的电流测量装置,通过理论计算和有限元仿真分析确定了相对最优的阵列分布,搭建实验平台并通过实验验证了该方法的可行性,以及导体偏心状态下电流测量的有效性,同时分析了导体偏心状态下的电流测量偏心误差。仿真和实验结果表明,椭圆阵列电流测量装置在行业允许的±1%误差限内,允许导线X轴偏心-4.1~4.1 mm,Y轴无限制;且与传统电流测量装置相比,重量减轻82.9%,安装占用面积减小72.4%,对狭窄空间的适用性更强,为新能源产品轻量化、小型化、持续降本提供了技术支持。

金属网格-透明导电氧化物复合型透明电极的瑞利分析和仿真

以氧化铟锡(indium tin oxide,ITO)为代表的透明导电氧化物(transparent conducting oxide,TCO)在当前光电器件中的重要性日益增长.通过在TCO中引入金属网格构成复合电极,可以在保持良好透明性的前提下有效提升电学性能,同时降低对铟的需求量,并为可穿戴设备所需的柔性电极提供可能方案.对此类电极的电学性能分析,如复合电极方阻随金属网格结构参数的变化,可为电极设计与制备提供基本的出发点,但相关理论尚十分缺乏.本文针对典型的方孔方格型金属网格-TCO复合电极,分别展开基于瑞利模型和基于有限元仿真的电学性能分析.结果表明,孔型近似导致的金属通道显著畸变是复合电极的电学计算中瑞利模型在中高开口率下失效的主要原因.据此,我们采用格型修正,通过提升瑞利模型中的原胞外边界对称性来改善金属通道的畸变.与电极仿真的对比表明,修正后瑞利模型的适用范围明显扩大,其结果可与实验数据很好地拟合,为此类复合透明电极的电学数据分析与结构设计提供了简洁高效的理论工具.

新型抗冰雪耐候平行集束架空电缆研制

为解决严苛环境下,尤其是北方冰雪环境下,架空线路面临的抗冰雪性能弱、承载能力不足及机械强度低下等问题,设计了新型抗冰雪耐候平行集束架空电缆。采用高强度平行集束结构和抗冰雪设计,导线横断面设计为类机翼结构,绝缘层与连筋在上表面形成相切的平面或微弧形接触面,并将加热元件嵌入连筋下方,有效减少冰雪在导线表面的附着,显著提高了融冰效率。同时,针对圆形导体的局限性,设计了铝合金异形导体及其加工工艺,结合型线分层微压缩绞合技术,将紧压系数提升至97%以上,外径缩小约5%,成本节省约1.5%,抗拉强度提高30%以上,显著提升了架空线路在复杂条件下的综合性能。研制的产品为复杂地理环境和气候条件下的电力输送提供了高效、经济且耐用的解决方案,对提升架空线路的整体性能具有重要意义。

MODES COMPUTATION AND ANALYSIS FOR LONG MULTI-SPAN BUNDLE CONDUCTORS OF POWER TRANSMISSION LINES WITH GALLOPING CONTROL DEVICES

A new type of element which is suitable for solving the modes of thegalloping long multi-span bundle conductor structures is presented. The element is composed of allsub-conductor segments between two spacers. Based on the linearized governing differential equationsof the conductors, the mass matrix and stiffness matrix of the element in consideration of theconstrained relations imposed on the conductors by spacers are derived. The dynamic characteristicsof the galloping control devices can be directly added to the element. The modes for an actual powerline structure are computed by using the element formula and FEM procedures, where seven cases ofdifferent galloping control device allocations are considered. Compared with the measured data, themethod is shown to be reliable and effective. Analysis and discussions of the computational resultsare given. Some hints that are helpful to further investigation of galloping are also obtained .

小尺寸双排绕组感应同步器输出电动势的谐波抑制

感应同步器作为一种电磁式位置传感器,具有精度高、安装简单等优点,广泛应用于各类高性能伺服系统。传统的感应同步器采用定子分段式结构,绕组制作工艺的严苛要求制约了感应同步器向小型化高精度的发展。该文提出一种新型的定子双排绕组结构感应同步器,可以有效地抑制加工不善带来的导体偏差。对双排绕组感应同步器的测角原理进行分析,计算了其输出的偏差电动势,并通过建立有效导体的电流密度模型来提出抑制3、5次谐波的优化策略,进一步提高感应同步器的测角精度,最终根据比电动势一致原理提出双排绕组感应同步器的设计方法并建立3D仿真模型,采用有限元分析与快速傅里叶分解的方法验证了策略的正确性与可行性,并制作样机进行实验。

基于S-A模型的覆冰输电线绕流数值分析

基于Spalart-Allmaras湍流模型(S-A模型)封闭的雷诺平均N-S方程,采用沿均匀流线的三阶Runge-Kutta法和Galerkin法分别进行时间和空间离散,得到了湍流方程的有限元格式。采用自编Matlab程序,数值模拟了不同风攻角下覆冰输电线绕流问题,得到了覆冰输电线绕流瞬态和时均流场、气动力系数时程曲线和平均气动力系数随风攻角的变化关系,并与试验结果进行对比,验证了该算法的有效性。基于流场演化和平均压力分布,分析表明风攻角变化引起的边界层分离点转移是产生升力系数尖峰突跳现象的主要原因。

输电线路分裂导线翻转自恢复特性研究

输电线路运维过程中观测到翻转现象,严重影响线路运行安全。依据架空导线悬链线模型,得出导线的沿线应力。将分裂导线翻转后的绞合区间简化为圆柱螺旋线,建立了分裂导线的翻转几何与力学模型,推导了分裂导线翻转后子导线长度和张力,给出了分裂导线翻转自恢复力矩的简化理论计算公式。基于有限元方法对案例线路进行翻转过程的准静态模拟,将有限元分析结果和理论计算得到的分裂导线翻转自恢复力矩进行对比分析,最大相对误差为8.44%,表明翻转自恢复力矩简化理论计算公式具有一定的准确性。进一步利用简化计算公式研究了分裂数、绞合角度、次档距、分裂间距、绞合位置等线路本体参数对分裂导线翻转自恢复能力的影响。结果表明,当输电线路分裂数越多、绞合角度越大、次档距越小、分裂间距越大、绞合位置越靠近翻转间隔棒时,线路翻转自恢复能力越强,线路发生翻转失效概率越低。该简化计算公式为输电线路设计提供了理论依据和参考。

10 kV绝缘架空线路雷击断线仿真分析

为研究10 kV架空绝缘线路雷击断线机理,基于COMSOL建立绝缘导线烧蚀模型,对导线受到雷电流和工频短路电流时的烧蚀状况进行仿真,然后建立导线受力模型,分析导线被烧蚀时的受力情况。根据仿真结果,雷电流仅在导线绝缘层留下一击穿孔;若不考虑外力影响,工频电弧能在1.3 s内将绝缘导线烧蚀熔断。绝缘导线的力学仿真结果显示,导线在烧蚀处的张力发生突变,并且受到线间电动力及电弧电磁推力的作用。结合理论分析得出雷击断线的主要原因是导线在热学及力学共同作用下发生塑性形变及脆性断裂,造成断线,断口介于塑性断裂和脆性断裂之间。该仿真研究可为10 kV架空绝缘导线的防雷提供参考。

基于快速有限元的永磁电机绕组涡流损耗半解析高效计算

随着永磁电机朝着高效化和轻质化方向发展,其功率密度和转速越来越高,使得绕组交流铜耗增加,从而导致电机局部过热、效率降低。该文以永磁电机为研究对象,着重研究绕组涡流损耗的产生机理及计算方法,提出基于快速有限元的绕组涡流损耗半解析算法。首先,介绍借助快速有限元提取槽漏磁的方法,并构建导体排布模型;其次,推导了导体涡流损耗的低频和高频解析计算方法,并通过搭建基于Matlab和开源有限元软件FEMM的仿真平台将提出的半解析方法予以实现,并与传统商用有限元软件仿真结果进行对比;最后,通过实验进一步验证了其准确性。结果表明,该方法的计算速度提高了近100倍,在较大频率范围内误差小于5%。

500 kV超高压交流变电站分裂导线间隔棒优化设计

内蒙古地区17座500 kV超高压交流变电站电晕放电的观测结果表明,变电站内分裂导线间隔棒表面电晕放电最为剧烈。为有效抑制分裂导线间隔棒表面电晕放电,首先建立分裂导线间隔棒有限元模型进行仿真计算,然后提出分裂导线间隔棒结构优化设计方案。结果表明:内蒙古地区500 kV变电站现用的曲率半径R_(1)=40 mm、R_(2)=10 mm的间隔棒表面最大电场强度位于线夹头部曲率半径R_(2)圆弧段处,且大于起晕场强,为降低间隔棒表面的电场强度,采取改变间隔棒线夹头部曲率半径R 1和R 2的方法。仿真结果表明,相比增大R 1,增大R 2对于降低间隔棒线夹头部电场强度的效果更加显著。因此,将间隔棒线夹头部曲率半径R 2由10 mm增大至20 mm时,可以满足内蒙古地区500 kV超高压交流变电站分裂导线间隔棒防晕要求。为对计算结果进行验证,在中国电力科学研究院开展分裂导线间隔棒起晕特性试验,验证间隔棒线夹头部曲率半径分别为R_(1)=40 mm、R_(2)=10 mm和R_(1)=40 mm、R_(2)=20 mm时的起晕特性,所得试验结果与计算结果一致。因此可说明,经过优化后的分裂导线间隔棒具有较好的电晕特性。

不同覆冰状态下导线风致振动响应仿真

为研究动态风载作用下不同覆冰状态下输电导线的动力响应,利用谐波叠加法模拟多点相关的脉动风速时程曲线,得到不同覆冰形式下的风荷载,建立导线有限元模型,对不同覆冰状态下输电导线各特征参数和风速的相关性,并对导线振动特性以及动张力特性进行分析。结果表明:在随机风作用下,不均匀覆冰对风速的相关性最强;相同风速下,覆冰厚度和覆冰形式对导线振动特性影响不大;均匀覆冰时,导线张力峰值在15 mm覆冰时达到最大,张力峰值为69180.4 N;不均匀覆冰状态下,中央重覆冰对导线张力的影响强于两侧重覆冰。

考虑温差特性的导线疲劳损伤在线监测技术

针对架空导线在实际工况中受自然环境影响出现导线断股现象,开展钢芯铝绞线(aluminum conductor steel reinforced, ACSR)断股稳态温度与断股后疲劳损伤方面的研究。首先,以LGJ-240/30型号导线为例搭建损伤导线载流试验平台,分析导线在不同损伤条件下的温度特性,利用测温数据线性拟合出损伤导线局部温度与断股之间的关系。其次搭建对应导线的有限元模型,通过计算损伤导线的单位产热率,对损伤导线截面的温度特性进行数值模拟;利用损伤导线与无损导线之间的温度差,拟合损伤导线局部温度与断股之间的关系,验证试验得到的线性关系。最后,针对导线的运行工况,由理论研究确定关键运行参数,提出一种输电线路疲劳损伤监测系统,该系统已应用于广东省某220 kV输电线路,成功对此线路的疲劳损伤状态进行实时监测。

同塔双回线路大档距导线随机脱冰跳跃特性研究

为了掌握同塔双回线路大档距导线非均匀脱冰跳跃特性,以某220 kV同塔双回线路为研究对象,考虑导线、绝缘子串和间隔棒等构件的力学特点,设置导线阻尼和边界条件,建立五档同塔双回线路大档距二分裂导线覆冰有限元模型,分析脱冰档随机脱冰时导线脱冰跳跃高度时程变化,研究脱冰率、导线型号、脱冰档、风速对导线脱冰跳跃高度的影响规律,校核双回线路的动态脱冰电气间隙。结果表明:线路脱冰率越大,导线脱冰跳跃高度越大,但相同脱冰率下,随机脱冰位置不同,导线跳跃高度并不相同;双回线路导线脱冰跳跃稳态值与峰值呈现一定的线性关系,脱冰跳跃峰值约是稳态值的1.70倍;线路导线直径越大,导线脱冰跳跃高度越小;相比于边档脱冰,五档双回线路中档脱冰时导线脱冰跳跃高度峰值最大;风速越大导线跳跃高度越大,但是导线跳跃高度增幅有限;该220 kV同塔双回线路脱冰动态间隙满足要求。

悬浮沙粒对钢芯铝绞线电场强度分布的影响

以钢芯铝绞线(ACSR)为研究对象,利用有限元法建立仿真模型,计算分析沙尘参数以及ACSR最外层铝股数对绞线电场分布的影响。研究结果表明:沙粒会加剧绞线表面电场和绞线附近空间电场的畸变,沙粒粒径、浓度、带电量和线路运行状态对绞线表面及附近空间电场有明显影响,且沙粒所带负极性电荷对电场造成的畸变比正极性电荷更严重。绞线截面积相同情况下,绞线表面电场强度极大值随最外层铝股数增加而减小。研究沙粒参数对ACSR电场分布特性的影响,可为沙尘环境下ACSR选型及设计提供理论依据。

挖掘与融入:合唱与指挥课程思政建设探赜

合唱与指挥是高校艺术类课程中一门实践性很强的课程,要充分发挥合唱与指挥课程思政的育人价值。根据课程特点,可以从教学素材、指挥法则、合唱训练和教学情境等不同层面深入挖掘蕴含于课程中的思政元素,并将之融入课堂教学、校园文化建设以及社会服务实践等活动中,以美育人,以美感人,以美化人,使学生从课程思政教育的接受者成长为实施者与传播者。

平行移动式导线卡线器轻量化设计研究

导线卡线器是输电线路架线施工阶段的重要工器具,随着工程量的增加,常规卡线器轻量化的需求也日益凸显。本文以SK-L-35型平行移动式导线卡线器为研究对象,对卡线器主要结构部件开展轻量化研究,通过对多种工程塑料和常规卡线器材料的力学性能对比,选用高刚尼龙作为复合材料卡线器基体材料,并采用60%玻璃纤维增强高刚尼龙复合材料作为卡线器主要结构件材料。基于有限元仿真技术,建立了卡线器的整体和部件力学模型,研究复合材料卡线器在最大工作载荷下的强度表现,分析其破坏机理及失效机制,最终提出了卡线器的整体结构及局部强化结构的轻量化理论设计和加工实施方案,研究成果可为卡线器的设计和优化提供参考依据。

随机风荷载作用下耐张串金具的力学性能仿真分析

随着高压输电线路长度和运行年限的增加,极端天气的频繁发生导致线路在大风荷载作用下发生金具破坏的可能性增大。采用谐波叠加法模拟了沿线路方向多点随机风速时程曲线,基于准定常假设将风速转换为风荷载,得到了随机风作用下导线的位移和张力。在此基础上研究了档距、高差等参数变化对导线张力的影响。建立耐张串金具的精细化有限元模型,模拟耐张串各金具的相互运动。将计算得到的导线张力施加到耐张串有限元模型上,得到最不利工况下的金具应力分布情况。仿真结果表明,耐张串金具最容易发生破坏的金具为U形挂环,在其接触区域容易发生磨损。其次,直角挂板和梯形联板在左、右挂点表现出了不同的安全性,高悬挂点处更容易发生破坏。此外绝缘子串球头部位的应力较大,在受到极端荷载作用时容易断裂。

外层铝线松股对钢芯铝绞线发热的影响

为研究架空钢芯铝绞线的外层铝线松股对电流分布、欧姆损耗及架空导线温度的影响,对LJG-300/40型钢芯铝绞线建立三维有限元模型,将模型分别设定为未松股、最外层铝线松股和外2层铝线松股的场景,分别进行电磁场仿真和自然对流条件下的温度场仿真。分析结果表明:最外层及外2层铝线松股时,整个导线横截面的电流分布发生变化,钢芯中通过的电流增大,导线的欧姆损耗增大;在自然对流条件下,导线松动的程度会影响散热速度和导线温度,外层铝线松股时会使钢芯铝绞线温度上升。

张力放线施工工艺因素对导线松股的影响及其风险评价

导线松股一直是困扰输电线路张力放线施工质量和安全的难题,工程中缺乏有效的定量分析及评价方法。针对上述问题,基于导线过滑车几何关系和有限元理论建立张力放线导线松股仿真计算模型,以JL1/G3A-1250/70-76/7导线为研究对象,从张力放线施工工艺角度考虑导线张力、过滑车包络角、滑车槽底直径、轴向扭矩、导线周向翻转角及过滑车偏斜角等施工工艺因素,设计28组计算工况,结合导线松股变形定量描述指标分析各因素对导线松股的影响。结果表明,滑车槽底直径和导线轴向扭矩为导线松股发生的主要因素,而其余因素会影响松股变形的趋势。在此基础上,采用多项式组合权重建立导线松股风险评价模型,通过2个典型工程案例的导线松股风险计算,验证该模型的有效性。进一步将其应用于新建工程项目导线松股风险预测,得出放线区段松股风险大小以及不同工艺因素对放线松股的影响比重,对有较大松股风险的方案,指出其造成松股的原因和改进的方向。