有限元仿真

为分析发电机运行过程中定子铁心的损耗、温升及其在磁拉力和热应力综合作用下的机械结构响应，文中对同步发电机定子铁心进行磁-热-固多物理场耦合计算。首先，理论推导铁心损耗及其所受的单位面积磁拉力，分析铁心的温升特性，在此基础上解析得到铁心在磁拉力和非均匀热载荷耦合激励下的机械结构响应；然后，构建CS-5型故障模拟发电机作为有限元仿真的三维物理模型，计算得到铁心的单位面积磁拉力、损耗曲线和温度分布情况，并进一步计算获得磁拉力和热载荷同时作用下铁心的变形、应变和应力。结果表明：发电机在稳定运行后，定子齿槽温度最高；槽口处变形量最大，槽底应力较高。最后，通过热电偶和温度巡检仪对CS-5型故障模拟发电机在实际运行过程中的定子铁心端面、槽内和外圆表面的温升进行实时监测，实测的定子铁心温度场分布和有限元仿真结果相吻合，验证了磁-热-固多物理场耦合方法的有效性。文中获得了定子铁心的温度分布规律及其在磁-热耦合激励下的机械结构响应分布规律，为发电机结构逆向优化设计及定子铁心变形预防提供了技术参考。

共气室结构的双断口隔离开关（double-fracture disconnect switch，DDS）在不停电耐压试验过程中存在因试验侧断口击穿而影响运行侧断口绝缘性能的风险，在设计阶段需要对其电场分布和击穿特性进行研究。为此，以新研发的110 kV三相共箱式GIS双断口隔离开关为例，采用有限元方法对电场进行仿真分析，得到其在现场不停电工频耐压试验中的内部电场强度分布。根据电场的计算结果，采用基于汤逊放电理论的击穿判据，研究不停电试验中两个断口的击穿特性，证明了在DDS现场不停电交流耐压试验过程中，试验侧断口击穿不会对运行侧的绝缘性能造成影响。研究结果可以为在运的DDS二期扩建时的不停电扩建与现场绝缘试验工作提供安全保证的理论支撑，也为未来新型DDS设备研发过程中的绝缘校核提供了更加翔实的理论依据。

针对户内变电站运行发热导致温度过高引发安全风险，以及采取相关散热措施可能导致噪声扰民的问题，提出一种基于有限元仿真和深度强化学习的户内变电站进风口设计参数优化方法。以此对户内变电站通风系统进风口位置大小进行优化设计，使其获得最优通风降噪效果。首先，通过有限元分析法对其温度场、流体场和声场进行仿真建模；然后，基于大量仿真数据，采用卷积神经网络建立温度和噪声的预测模型；最后，考虑噪声约束，利用基于最大熵强化学习框架的SAC算法，以变电站室内温度最低为目标对进风口设计参数进行优化求解。研究结果表明，经过优化后的进风口设计方案能够有效降低变电站室内温度，同时使噪声满足国家规范要求。

近年来小型旋翼无人机作为一种实用高效的巡检设备被广泛应用于输电线路的运维工作当中。实际巡检过程中，无人机受高压带电导地线周边电磁场信息影响会出现放电、失控等现象，同时无人机的抵近飞行也会引起带电导体周边电磁场畸变。本文通过建立有限元仿真模型，以电力行业广泛应用的某四旋翼无人机为模型，分别分析其在交流500kV及直流±800kV环境下巡检作业的电磁场变化信息，最后结合现 场应用，提出小型旋翼无人机巡检作业安全距离。

100%容量锅炉给水泵组是1000MW等级超超临界火电机组中关键的辅机设备，该产品的性能优劣及稳定性关乎整个电厂的安全性。公司利用先进的设计方法、工艺装备和试验检测手段，成功研制国内首台套具有完全自主知识产权的100%容量锅炉给水泵组产品。 该产品采用全抽芯式整体芯包、刚性转子、阶梯式主轴结构，满足系统快速启动要求，便于维护检修；开发出大流量、高扬程、高效水力模型，可提高泵组运行效率；研制出补偿角度偏转和窜动的安全型推力轴承，采用平衡鼓+推力轴承结构可有效平衡轴向力，提高泵组可靠性；优化了轴端密封冷却室组件结构，增强了冷却效果。研制过程中公司掌握了PIV测试平台水力模型特性研究、三维全流道有限元仿真、轴承-密封转子动力学及故障诊断等核心技术，真正实现核心技术自主可控，为“碳达峰、碳中和”目标背景下国家能源安全保障做出了贡献。

铁基软磁复合材料具有高磁导率、高磁感应强度、低铁损的特性，研究该材料为铁心的电抗器的振动噪声特性对电抗器减振降噪设计具有重要意义。文中基于有限元仿真模型，通过磁场-结构-声学多物理场耦合，对正常运行条件下电抗器的振动与噪声分布进行计算分析，并搭建电抗器噪声测量系统，分别测量硅钢铁心、混合铁心和铁基软磁铁心电抗器的噪声信号，进行试验验证。结果表明：混合铁心和铁基软磁铁心电抗器噪声明显低于硅钢铁心电抗器，混合铁心电抗器受电流变化影响最小。仿真数据显示，硅钢铁心电抗器磁致伸缩与麦克斯韦力噪声比值为1.15，磁致伸缩占比最大。铁基软磁铁心电抗器噪声小的主要原因是磁致伸缩效应小至可以忽略。

在本专利申请日之前的相关检索过程中，暂未发现与本专利相近的板柱基础上拔设计方法专利。目前我国电力行业标准《架空输电线路基础设计技术规程》DL/T 5219、美国规范《IEEE Guidefor Transmission Structure Foundation Design and Testing》(IEEE Std 691-2001)和欧盟规范《Overheadelectrical lines exceeding AC 1kV》-Part1 (BS EN 50341-1:2012)推荐的板柱基础上拔设计方法主要采用基于“土重法”理论的计算方法。“土重法”理论假定板柱基础在上拔作用时，当基础处于极限受力状态时，土体从基础底板向上至地面处延展出一个锥形破裂面，锥形破裂面内的土体和基础总重量为板柱基础的上拔承载力。锥形破裂面与竖直面的夹角为土体的上拔角，目前上述不同国家规范的计算方法中，上拔角的取值均与土体的类别和状态相关，只是具体的取值有所差异。但通过真型试验研究表明，板柱基础在上拔极限状态时，土体内并未形成连通的破裂面，且“土重法”理论计算的承载力与实际试验值差异较大。由此“土重法”理论，未考虑回填土抗剪强度和凝聚力，上拔角取值较为粗放，计算假定不准确，对基础上拔承载力难以准确确定和评价，偏于保守。 本专利提出了一种全新的粘性土中输电线路板柱基础的设计方法基于“破坏因子”理论。该设计方法是一种粘性土中板柱基础的精细化计算上拔承载力方法，能定量计算不同土体参数（土体粘聚力和内摩擦角）对承载力的影响，同时能准确揭示板柱基础的破坏模式。通过试验和有限元仿真分析证实，该方法能揭示板柱基础的破坏模式，计算吻合度好。

针对目前接地变出口短路工况下绕组物理特征研究不足、损坏事故多等问题，文中以一台干式接地变为研究对象，利用有限元仿真软件搭建三维多物理场耦合模型，分析研究接地变低压侧出口短路工况下绕组电磁、温升、应力形变等多物理参量的变化及分布规律，探究影响接地变抗出口短路能力的关键因素。结果表明：接地变发生出口短路后，受其轭铁心及邻柱铁心的影响，绕组侧面磁通及其等效应力均大于绕组正面，整体形变极不均匀；受接地变特殊的绕组结构和工作方式的影响，其低压绕组在出口短路故障时的暂态温度可达140.9 ℃，远高于高压绕组。最后基于动、热稳定的双重约束，提出接地变抗出口短路能力的提升措施，对接地变抗出口短路能力的薄弱部位进行结构优化。