有限元分析

特高频（UHF）技术通过检测局部放电辐射电磁波信号来实现对设备局部放电的检测，抗干扰能力强，检测灵敏度高，因此在输变电设备局部放电在线检测领域取得了广泛应用。目前大多数绝缘组合电器（GIS）设备上未安装内置式UHF传感器，只能采用外置式传感器进行检测，但是由于GIS绝缘子外表面被金属法兰包裹，导致普通外置式UHF传感器很难检测到其内部的局部放电信号。为了解决这一问题，本文提出了利用金属法兰在制造时遗留的孔洞，研制GIS专用外置式UHF传感器的方法。本文在了解现有GIS盆式绝缘子金属法兰结构特点的基础上，从理论角度分析了电磁波经过金属法兰孔的传播机理，采用有限元分析软件ANSYS对126kVGIS绝缘子建模，并以此为基础分析在不同尺寸金属法兰孔情况下GIS绝缘子电场的分布情况。研制了具有射频和检波放大功能的GIS盆式绝缘子金属法兰浇注孔局放检测专用UHF放大器。最后，建立了GIS局部放电UHF检测研究平台，测试了专用UHF传感器在不同尺寸的浇注孔上对不同放电故障模型的局放检测灵敏度。

本技术所属领域为可再生清洁能源·水力发电。我国西南地区的岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、嘉陵江、雅鲁藏布江等河流可开发的水能资源十分丰富，但河床覆盖层均较深厚，一般都在40m70m，特别是西藏地区河床覆盖层分布尤为广泛，一般厚度均在100m以上。本项目研究之前，国内深厚覆盖层上重力（闸）坝均在40m以下的水平，且在沉降变形控制及防渗等关键技术上还存在不足，导致基础不均匀沉降、渗漏异常较大等工程问题。本项目依托西藏尼洋河多布水电站工程“一超三高”世界级技术难题展开研究，以承载力控制、沉降及不均匀沉降变形控制、渗流控制为重点，采用工程类比、参数试验、理论计算及有限元分析、施工过程反馈分析等方法，取得了“一个理论、一个规律、一套标准、五大技术、十项专利”等系列成果。

“华龙一号”安全壳钢衬里作为反应堆厂房预应力钢筋混凝土安全壳的重要组成部分，与预应力混凝土结构共同组成核反应堆的第三道安全屏障。其功能主要是在正常运行期间为反应堆堆芯和冷却剂系统提供屏障，控制周围环境对安全壳内部设施的影响,当发生事故时，用于包容气载放射性的释放物，阻止外泄。其分为钢衬里底板部分、筒体部分及穹顶三大部分。钢衬里外观呈圆柱形，直径 46.8m，高 77.93m，由 6mm 厚特制 Q265HR 钢板、外侧加强型钢背肋、锚固钉焊接而成的密封容器结构，且其中又包含 45 个环吊牛腿、194 个贯穿件、3 个大型闸门套筒、1054 个锚固件等附属构件，其制作、安装难度大且精度要求高。钢衬里属于核安全 2 级设备，质保等级 QA1 级，抗震类别Ⅰ类，连接以焊接为主，设计要求采用的钢板弹性性能好，并具备较高的可焊性。整个钢衬里对密封性有严格的要求。特别是焊缝质量要经过目视检测（VT）、渗透检测（PT）、真空盒检漏（LT）、射线检测（RT）的检验。安全壳钢衬里施工位于关键路线上，且与土建交叉施工，管理难度大，前期策划要求高、过程实施工作强度大，通过采用三维模拟信息技术、辅助胎具、制定合理的焊接工艺顺序、变形工装、有限元分析技术、设备改造等技术措施，确保钢衬里制作、安装工作顺利开展，提高工作效率，保证施工安全，确保施工进度。 “华龙一号”钢衬里施工关键技术适应我国自主研发的三代压水堆核电技术建设需求，形成多项专利、施工工法等科技成果，综合考虑了施工进度、质量、安全等方面因素，实践证明在“华龙一号”钢衬里施工关键技术在核电建设施行业具有较高的创新性、先进行和使用性，对“华龙一号”新型压水堆核电技术的推广和应用具有指导意义，福清 5、6 号机组钢衬里施工已充分验证关键技术的实施效果，随着我国核电技术的发展，“华龙一号”钢衬里施工关键技术在核电建设中具有广阔的应用前景。

项目的实施可为电网电缆输电线跆故障智能诊断系统的工程化应用草定基础，也为进一步研究和全面实现电力电缆线路的故厚预警预报提供重要技术支荐，主要应用优势体现在以下几个方面： (1)构建电力电缆多源测试数据、运行状况、电缆基础参数与电力电缆运行状态的关联体系，以单条电力电缆为最小单元的电力电缆风险评估软件的应用可获得相关电缆运行状态的科学评估结果，为电缆线路运维部门主动规避故障风险提供辅助决策信息。同时，以电力电缆有限元分析软件为辅助，提出了有选择、有差别、有针对、有偏重的电力电缆运维检修工作策略，以达到电力电缆运维检修工作的经济最优。 (2)提出了基于有限元法的电缆三维立体电场分析方法，揭示了电缆本体及附件从缺陷产生到故障的电场分布演化机理，发现了其故障下的电势梯度和电场强度变化特征，实现了从电缆故障表象到原因的逆推。在实用性、先进性等各方面部达到了新的技术高度。 (3)提出丁工频、振荡波、超低频不同激励源下局部放电的等效评估方法，揭示丁三种不同激励源输入参数与电缆局部放电响应特性的关联关系，确定丁振荡波、超低频电压试验在电缆绝缘缺陷诊断中的最优应用场景。提出丁基于改进BP神经网络算法的电缆放电模式识别方法，从三维放电谱图中提取了正负半波的偏斜度、峰值个数等七个权值最优的特征量，准确辨识电缆产品质量不良、施工工艺不当的典型缺陷，解决了电缆局部放电类型识别率低的难题。本项目具备非常广阔的推广应用前景。

隔离开关操作时引起的快速暂态过电压VFTO是GIS一种特有的过电压。该过电压的特点主要有频率较高、电压波形陡度大和幅值高，会对电力系统相关设备造成极大的影响。因此，在设计GIS时必须考虐VFTO的影响。应用ATP-EMTP软件对某750kV变电站中，采用的不带投切电阻的隔离开关在不同操作方式 时的VFTO进行计算，得出了操作不同隔离开关时的VFTO最大值。同时将800kV隔离开关更换成带有投切电 阻的隔离开关，得出对应操作时的VFTO最大值。将采用两种隔离开关的VFTO结果与设备应保证的绝缘强度相对比，得出了750kV变电站即使应用的不带投切电阻隔离开关也能满足绝缘要求的结论，其隔离开关可 以不装设投切电阻。同时采用有限元分析软件对操作的隔离开关的电场强度进行了分析计算，并进行绝缘试验验证。

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。

500kV线路复合绝缘子应用量大，正确有效判别出含有缺陷的复合绝缘子，对于保障电网安全稳定 运行意义重大。本文基于有限元分析方法，建 立 500kV交流输电线路复合绝缘子串三维有限元模型，计 算正常和含有单个导通性缺陷情况下的绝缘子和空间电场分布并归纳其特征，分析导通性缺陷长度及位置对绝缘子电场分布和强度的影响。计算结果表明，当复合绝缘子串存在导通性缺陷时，电场强度分布曲线会出现有规律的畸变，该特征可为判断复合绝缘子是否存在导通性缺陷提供判断依据。

人员闸门属于核安全二级设备，由于结构复杂，机构运动逻辑性和关联性强，承压密封要求高，属于故障多发的大型复杂机电一体化设备。由于不具备设计能力，以往项目上，公司均委托外部单位开展设备设计及供货。这种采购模式存在周期长、成本高、技术受制于人等弊端。在华龙一号示范项目上，为实现核心技术掌控、达到降本增效目的，为华龙一号“走出去”奠定基础，公司成立联合研发小组，首次按照“自主设计+国内制造”模式开展人员闸门自主研发。 采用 FMEA 故障模式及影响分析方法，针对人员闸门机械结构进行了故障模式分析和影响程度分级评定，识别出人员闸门承压筒体、密封结构、顶升机构等薄弱环节，借助 ANSYS 有限元分析软件和 ADAMS 动力学仿真软件对其进行了模拟仿真和优化，确保人员闸门在严重事故叠加安全停堆地震下满足 RCC-M 评定要求。同时，采用先进的三维集成设计技术，建立人员闸门数字样机，对传动系统与承压部件间的装配关系、静态和动态接口匹配性、设备引入与安装方案的可行性进行了三维模拟验证，使人员闸门操作的安全性、可靠性、承压密封能力、抗震能力等关键技术指标均达到了国际先进水平。人员闸门自主研发的成功实施，打破了国外技术垄断，提高了核电关键设备国产化比例；提升了闸门作为第三道安全屏障的密封性能，消除了放射性物质外泄风险；培养了一支具备独立开展大型复杂机电设备设计队伍，树立了闸门自主设计品牌；促进了核心技术掌控，提高了行业影响力和竞争力，增强了公众信心。

本文以温州某输电线路为研究对象，根据实际参数分别建立了输电塔与塔线耦合体系有限元模型,研究了不同风向作用下结构风致响应特征，并且对比分析了塔线耦合作用和塔体两侧档距对各风向作用下输电塔风致响应的影响。结果表明：风向影响塔体各主材轴力响应，其中顺风向最下游主材有着最大的轴力，应在设计时重点考虑；塔线耦合作用直接影响了塔体响应的最不利风向，且大档距使得最不利风向更加接近横线向；脉动风对塔体响应的动力放大效应在不同风向条件下有显著的区别，而塔线耦合作用加大了风向对风振放大效应的影响；导线抑制了塔体响应的动力响应，并且导线档距越大，脉动风对响应的动力放大效应越弱。