Abstract:

大规模风电并网削弱了电力系 统惯量水平，给电力系统频率稳定带来挑战，亟待对系统惯量水平进行准确估计以保证系统的安全运行。为此，提出一种计及风电虚拟惯量的电力系统等效惯量估计方法。首先，分析同步发电机和风电机组的惯量响应，阐述系统等效惯量估计原理。其次，采用鲍克斯 ?金肯斯（box-jenkins，BJ）模型对发电装置进行动态建模，并基于机组连接母线处有功 ?频率扰动数据，利用含有遗忘因子的偏差补偿递推最小二乘算法辨识模型中的参数。再次，在此基础上，提取模型参数中蕴含的惯性常数，计算系统等效惯量。最后，用算例进行了仿真分析，验证了所提方法的有效性。研究结果表明，所提方法在不同扰动类型和不同风电渗透率下均能准确估计出系统的等效惯量。

Abstract:

在大型新能源集群与基地建设背景下，新能源汇集站并网线路故障可能造成较大的功率扰动，存在诱发新能源连锁脱网、恶化系统频率稳定性的风险。针对该问题，构建一种考虑脱网风险的新能源集群接入与区域电网协调扩展规划模型。先分析新能源集群接入下区域网架扩展规划存在的主要问题；再构建新能源集群接入与区域电网网架扩展的协调规划模型；然后，在新能源站群优化中，考虑汇集站并网线路利用率的约束，在区域网架规划模型中，考虑汇集站并网线路故障情况下大规模新能源脱网风险相关约束 （系统频率变化率、频率偏差和故障后线路潮流约束 ）；最后，基于改进的 IEEE RTS- 79系统开展算例分析，验证所提模型和规划方案的有效性。

Abstract:

大规模新能源、储能及大容量柔性交直流 输电设备广泛接入新型电力系统后，输电线路故障电流和电压波形稳态工频相、序分量将主要取决于电力电子设备低电压穿越策略、紧急控制策略与电子元器件限流环节，传统的基于工频量继电保护算法的性能显著下降。基于非工频暂态分量的新型继电保护算法可充分利用输电线路故障本身引起的暂态充放电过程，识别出区内、外故障。借鉴刻画波形特征的信息论方法，提出基于暂态分量时域波形和频谱分布的幅值及变化率等多维时频特性表征方法，充分挖掘输电线路区内外故障时暂态波形特征差异。研究结果表明，部分时频特性指标在特定时间窗和频率带内受电力电子设备影响小，发生区内、外故障时其差异明显。该表征方法可用于研究和测试新型继电保护算法，为新型电力系统安全与可靠运行提供有力支撑。

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针对现有电磁式互感器传变故障行波信号频带受限与故障行波波头标定易受噪声干扰的问题，提出一种基于改进光学电压互感器的故障行波波头标定方法。先改进了光学电压互感器解调电路与调理电路，在放大故障行波信号的同时，降低双折射干扰信号的影响，提高行波信号的传变精度；再引入改进自适应噪声完备集合经验模态分解（improved complete ensemble empirical mode decomposition with adaptive noise，ICEEMDAN ）来分解传变的故障行波信号，降低故障行波信号中的噪声干扰；然后，结合最小熵解卷积 （minimum entropy deconvo-lution，MED）算法，增强分解后的故障行波信号的故障脉冲陡度，突出故障行波波头特征，实现故障行波波头标定；最后，进行了仿真与试验。研究结果表明，所改进的光学电压互感器电路传变频带可达 10 kHz~ 1 MHz，满足故障行波信号的传变精度要求；所提的故障行波波头标定方法不受强噪声的干扰，可精确标定行波波头。

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配电网柔性互联可实现变压器的动态增容，是提高新型配电网电能质量的有效途径。提出一种基于功率矩最小的互联点选择方法，综合考虑配电网源荷状态及其互补关系，得到对应状态下的最佳互联点。先以全年不同时间段的互联线路负载率之差为权重，获取准全寿命周期的最佳互联点位置；再基于所提出的互联节点，提出一种新的基于互联系统损耗最小的互联点注入电流计算方法；然后，考虑线路损耗、变压器损耗和变流器损耗，以互联系统总损耗最小为目标函数，在满足互联功率平衡和配电网容量约束的情况下，得到互联点注入电流值，进而得到互联功率；最后，将其用于实例。研究结果表明，所提方法在 2个实际配电网互联中的总损耗均小于传统的首端互联方法的总损耗。

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针对低压配电网的频繁变化的拓扑关系经常出错导致降低辨识准确度的问题，提出一种基于流形密度峰值聚类的低压配电网拓扑辨识方法。所提方法包含特征提取和特征聚类 2个阶段。在特征提取阶段，通过流形学习算法提取电压数据的低维嵌入，减少特征冗余，保持原始数据的任意形状分布特征。在特征聚类阶段，基于电压数据的低维流形，通过密度峰值聚类算法将相似的低维流形聚类在同一簇中，将不同的低维流形聚类在不同簇中，从而实现拓扑辨识。研究结果表明，相比于原始密度峰值聚类算法，所提算法能更准确地发现聚类中心，提高低压配电网拓扑辨识的准确率。

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在主动配电网中，大量分布式电源的不确定性使得配电网的电压稳定性问题日益突出，现有的优化方法往往将配电网的经济性和电压稳定性作为独立的目标处理，较少考虑它们之间的联系，难以实现灵活资源的高效利用。引入上、下层连接因子，并提出一种基于 Sobol'法的配电网电压双层优化模型。首先，计及主动配电网中分布式电源和负荷的不确定性，构建主动配电网概率潮流计算模型，在此基础上通过 Sobol'法的全局灵敏度定量地分析负荷波动对 L指标影响。其次，基于灵敏度分析的结果计算上、下层连接因子，并通过连接因子将上层经济性目标与下层稳定性目标连接，建立双层优化模型，优化求解系统中的灵活资源。最后，基于所提优化模型在修改后的IEEE 33节点系统上进行仿真。对比验证表明所提模型能够提高优化效率，支撑配电网的经济运行与安全运行。

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当前，海量接入的配网侧分布式对象导致配用电终端所承载的业务呈现时间尺度的多样性与需求差异大等复杂特征，导致计算需求随机波动的复杂均衡问题。传统终端受限于固化的应用场景与相对确定的资源配置，仅能通过 “以量换质 ”的方案来被动适应，无法从根源解决配用电终端计算资源供需不平衡这一持久性矛盾。对此，提出基于状态迭代的配用电业务计算资源需求预测与动态均衡方法。先对分析配用电业务场景属性及其业务特征，建立业务计算资源需求模型；再采用传统马尔可夫模型，预测其短期有效性；然后，利用状态一阶差分方程训练数据并跟踪状态波动情况，通过历史状态和预测状态进行状态迭代，避免长期预测的趋同性；最后，根据周期业务与非周期业务不同的时间尺度特性建立动态均衡模型，通过错峰平移与差异化调节达到计算资源需求不平衡度的最优配置。研究结果表明：基于一阶差分与状态迭代的改进马尔可夫模型兼具传统模型的短期准确性与数据波动的长期可跟踪性；业务动态均衡模型能有效降低计算资源需求的不平衡度，具备良好的资源不平衡度偏移应对能力。

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智能电能表作为智能电网营销业务、用电信息和能源分配的末端设备，在配网运维管理、客户体验提升等多个方面都提供了强有力的数据支撑。然而，由于运行环境复杂多变，其运行状态难以准确评估。为此，首先采用改进的关联规则挖掘 （modified association rules mining，MARM）方法，对传统 ARM模型中的 2种重要度评估标准进行相应改进，从而在提高状态评估精度的同时，提升识别潜在运行风险能力。其次，为降低不确定性，在处理连续特征时，对传统的模糊推理系统 （fuzzy inference system，FIS）进行相应改进，引入模糊概率 （fuzzy probability，FP）以及阶梯模糊推理系统 （tiered fuzzy inference system，TFIS），通过模型集成，得到强关联规则识别兼采用概率模糊的阶梯模糊推理系统 （MARM-FP-TFIS，MFT）模型，从而求解智能电能表运行状况的健康度，实现对智能电能表运行状态的评估。最后，通过算例验证所建立的模型在实际应用中的可行性和功能性，从而实现了智能电能表中多维数据下运行状况的准确评估。

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针对现有非侵入式负荷识别 （non-intrusive load monitoring，NILM）在低频工业数据中的辨识准确率低、泛化能力弱等问题，提出一种基于格拉夫角场格拉夫角场 （Gramian angular field，GAF）与改进 Inception 网络结合的非侵入式工业负荷识别算法。先基于 GAF，将功率的一维时序信息转换为带有时间特性的二维数据，提取不同工业场景下负荷特征信息；再建立改进 Inception 网络，利用其稀疏连接特性对多参数负荷特征进行多尺度提取，降低模型复杂度、提高计算效率，实现多场景工业负荷的高精度辨识；最后，采用工业负荷数据集 （industrial appliance identification dataset，IAID）对所提算法进行验证。研究结果表明：所提算法能有效提高辨识准确率，其准确率可达94.48%，降低 8%的计算成本。

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针对中国南方地区梅雨季节高温、高湿所导致的电动汽车能耗与电网负荷增加、峰谷差拉大等问题，提出一种基于峰谷偏差的充电电价模型，激励电动汽车参与需求响应，平抑电网负荷的峰谷差，提升电动汽车用户经济收益。先采用蒙特卡洛模拟方法，分析并预测中国南方地区梅雨季节高温、高湿环境等因素影响下的的电动汽车无序充电负荷情况；然后，以电网峰谷差和用户充电费用最小化为目标，建立一个峰谷偏差的充电电价模型；最后，采用 MATLAB 数值软件对该模型进行仿真分析。研究发现，考虑中国南方地区梅雨季节的高温、高湿的特征的电动汽车的模型更准确，采用峰谷偏差电价的模型能削减峰谷差率、提高用户的经济效益，实现电网负荷的平滑和优化。该研究可为电动车充电电价模型提供借鉴。

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随着碳排放权交易对推进电力系统低碳经济转型愈发重要，电碳市场中新能源发电商、化石能源发电商和社区聚合商之间的竞价策略出现显著变化。针对市场中不同主体竞价行为表现出的随机波动以及碳配额产生的效益等存在滞后的情况，通过建立随机延迟微分方程 （stochastic delay differential equation，SDDE）模型，引入高斯白噪声和时滞项，对3类不同企业间的竞价过程进行动态演化仿真，并探讨滞后时间阈值的变化规律以及干扰强度和滞后时间等参数变化对策略选择产生的影响。在此基础上，基于三方主体之间的供需关系，设置不同类型的柔性负荷，并通过 SDDE方程模拟在电碳市场中供给侧的分时电价策略与需求侧的柔性负荷策略之间的演化博弈过程，证明在纳什均衡过程中对各方主体利益产生的影响以及实现削峰填谷的有效性。

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风、光协同发电是新型电力系统耦合发展的趋 势，然而两者发电受环境波动波动影响较大，对系统整体功率的预测精度产生影响。通过探索创新方法模型对风光协同发电功率进行预测分析，以期获得更加精准的预测结果。首先，分析风光协同发电系统结构及其协同发电模式；其次，通过互信息耦合方法探讨风电和光伏功率影响因素之间的关联关系；再次，构建 DBO-BiLSTM-Attention 组合模型，为风力和光伏协同发电功率预测奠定基础；最后，结合算例分别进行情景分析、方法对比分析和灵敏度分析，验证模型的有效性和合理性。研究表明，所提模型具有良好的性能，能够为风、光协同发电功率高效而精准的预测提供有价值的参考。

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目前，各种统计和机器模型已经广泛的应用到光伏功率预测中，但在光伏历史数据稀缺的情况下，这些方法普遍存在预测准确性较低的情况。为此，将时间序列大模型 （time generative pre-trained transformer，TimeGPT ）引入到光伏功率短期预测中。先基于 1 000亿数据点的大规模和多样化的时间序列数据集 （如金融、交通、银行、网络流量、天气、能源、医疗等）构建时间序列大模型；再利用少量光伏功率历史数据对 TimeGPT 进行微调，以适应与光伏发电功率预测相关的数据分布和特征；然后，在具有用户隐私的光伏数据集中进行仿真，并与现有统计和机器模型进行对比。以案例 1为例，当预测步长为 1 h时，TimeGPT 的平均绝对误差 （mean absolute error，MAE）较对比模型的均有所降低；最后，总结了 TimeGPT 应用条件和改进方向。该文可为 TimeGPT 在新型电力系统中的应用提供借鉴。

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针对年度光伏出力场景生成的变量维度过高的问题，提出一种基于生成对抗网络的中长期光伏出力序列场景生成新方法。先采用模糊 C均值聚类算法划分日气象状态，基于生成对抗网络模拟日内气象信息的时序性；再引入状态划分网络，构建状态生成对抗网络，模拟周内气象状态的分布规律；然后，从周尺度和日尺度分层生成光伏出力序列场景；最后，采用中国某光伏电站的历史气象和光伏出力数据，验证所提方法的有效性和正确性。

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随着可再生能源比例的提高，电力系统的调峰和调 频压力逐渐增加，现有调度方法不能充分兼顾系统安全性和新能源的消纳。提出一种基于核电与储能协同的调峰 -调频约束下的新能源承载力提升调度方法。首先，分析核电机组与储能装置的时空互补特性，充分挖掘这二者在调峰、调频中的协同作用，建立核储协同的调度模型。其次，构建输配协同调度框架，通过解耦输电网和配电网的调度需求，制定合理的日前优化策略，提升电力系统中新能源的承载能力。再次，引入频率安全约束，分析频率安全约束对电力系统稳定性和新能源消纳能力的影响。最后，采用算例分析验证所提方法的有效性和实用性。研究结果表明，所提方法在降低系统总成本、提升新能源消纳水平和改善频率调节能力方面具有显著优势，可为核电机组深度参与电网调峰、调频提供理论支持。

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优化制氢功率与电解槽模型，平抑电解槽并网点电压波动能提升系统制氢效率、增加氢气产量，提高收益。电解槽并网点电压变化会引起电解槽无功需求的改变，影响电解电流降低制氢效率。提出一种计及电解槽并网点电压影响的能量管理优化策略。先建立电解槽无功需求与制氢效率影响模型；再综合考虑制氢产量、线路损耗等目标，协调光伏、风电、电网无功出力，优化系统制氢效率；最后，通过实例验证所提管理策略的有效性。研究结果表明，所提能量管理策略可在保证电解槽用电，发电全消纳，不增加线损的前提下，提高 7.51%的制氢产量，平抑电解槽与网点电压波动，有效提升电解槽制氢效率。

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数据清洗、特征选择和预测模型建立是基于数据采集与监视控制系统 （supervisory control and data acquisition，SCADA）数据，实现风电机组异常状态预警不可缺少的重要环节。先结合孤立森林 （isolation forest，iForest）和 基 于 密 度 的 空 间 聚 类 （density-based spatial clustering of applications with noise，DBSCAN ）算 法 对SCADA 数据异常点进行有效清洗，并采用随机森林算法 （random forests，RF）与Person相关系数法优选模型输入参数；再进而基于 Optuna优化的类别提升树 （categorical boosting，CATBoost ）算法，建立风电机组正常工况齿轮箱油池温度的预测模型；然后采用滑动窗方法，构建状态评价指标，并使用区间估计理论确定油温异常状态判别的临界阈值；实现油温异常预警；最后利用某风电机组 SCADA 系统油温异常的真实历史故障数据进行检验，验证了该方法的有效性。

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为更好地促进供应与需求双侧互动并激发需求侧响应潜力，考虑需求侧用户复杂响应特性，提出一种基于动态能源价格机制的双层优化模型。先考虑供需双侧多主体之间的交互行为，引入用户不满意度折算系数；再建立考虑用户不满意度因素的动态能源价格机制，为系统双层优化模型提供上层动态能源售价；然后，基于影响动态能源价格的不满意度因素，优化模型下层中的用户不满意成本，旨在实现综合能源系统的动态优化调节；最后，利用仿真结果验证所提出的优化模型在充分发挥需求侧调节潜力。该优化模型可促进可再生能源消纳、提高经济性与用户需求满意度方面的有效性。

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构建高效、低碳的综合能源系统是实现 “双碳”目标的重要途径。为此，提出一种计及源荷灵活协调响应和氢能精细化利用的区域综合能源系统 （regional integrated energy system，RIES）模型。首先，在源侧引入含风电制氢、氢燃料电池、氢储能和甲烷装置的氢能精细化利用模型，并考虑运行过程中的热量损耗，构建电 -热-气-氢高效耦合模型。其次，在源侧引入含有机朗肯循环的余热发电环节，解耦热电联产 “以热定电 ”约束，并在荷侧辅之需求响应，构成源荷灵活协调响应模型。最后，为应对风电、光伏不确定性对系统运行的影响，综合考虑阶梯型碳交易成本、设备运行维护成本、弃风成本以及购能成本，建立计及条件风险价值理论的 RIES低碳经济优化模型，并通过 Gurobi求解器对所提模型求解。研究结果表明，该模型能有效提高新能源消纳水平，降低系统碳排放量，提高能源的利用效率。

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用于隔离型双有源桥 （dual active bridge，DAB）变换器的传统滑模控制 （sliding mode control，SMC）具有鲁棒性和改善非线性系统的动态性能的优点。针对存在抖振和跟踪性能下降的问题，先提出一种超扭曲滑模控制（super-swisted sliding mode control，ST-SMC ）方法，以增强直流变换器输出电压的调节能力和鲁棒控制能力。再采用基于 ST-SMC 方法并结合滑模控制器的技术优势，有效消除抖振问题，设计滑模控制器的同时充分考虑 DAB变换器在单移相控制下的平均数学模型，这种设计过程得到有效简化。因此，DAB变换器直流输出电压的稳定性和鲁棒性均得到有效提升，实现精确的参考电压跟踪。此外，该方法提供对参数不确定性的鲁棒控制，并且与传统的SMC和PI控制器相比，直流变换器稳态输出电压含有更少的纹波成分。最后，在TMS 320F28335数字控制器基础上搭建一款 1 kW的DAB变换器实验样机，验证这种新型控制方法的有效性。

Abstract:

为提升高效率可靠逆变器 （highly efficient and reliable inverter concept，HERIC）逆变器的运行效率，工程中通常会引入辅助支路以实现开关管的零电压开关 （zero voltage switching，ZVS）。但辅助支路在实现软开关的同时，辅助开关的寄生电容将会与辅助电感发生谐振，加剧辅助开关上的电压应力，影响电路的安全运行。针对该问题，提出一种钳位技术来减轻由谐振而引起的额外电压应力。先对逆变器谐振机理进行分析，并在无谐振情况下，对辅助支路与直流母线之间电势差进行计算；再基于该电势差，选用瞬态电压抑制二极管 （transient voltage suppressor，TVS），选用反向串联二极管构成钳位支路，在TVS被较大的谐振电压反向击穿后，辅助支路电压将通过母线电压进行钳位，以实现谐振抑制。此外，该支路仅在谐振发生时起抑制作用，不会影响电路正常运行；最后，试验结果表明该钳位支路可有效抑制谐振电压，满载时辅助支路谐振电压峰值比没有采用该支路的最高可降低49.4%。

Abstract:

直驱风电场接入弱交流电网引发的宽频振荡严重影响电网的安全和稳定运行。针对该问题，提出一种基于阻抗灵敏度协同附加控制器参数调整的控制策略。首先，构建含不同控制方式的直驱风电场的序阻抗模型；其次，采用阻抗灵敏度法，分析风电场内各控制参数对系统稳定性的影响，确定影响风电场并网振荡特性的主导机群；再次，结合主导机群馈线上电流频谱分析，提出静止同步补偿器 （static synchronous compensator，STATCOM ）附加控制器内控制参数设计策略；最后，在MATLAB/Simulink 平台上搭建仿真模型进行验证。研究结果表明，该附加控制策略可以有效抑制宽频振荡现象，提高电网系统稳定性。

Abstract:

在极弱电网条件下，并网逆变器引入网压比例前馈控制策略来提升低频段幅值增益并抑制电网背景谐波干扰。但当电网阻抗参数增大时，系统的相位裕度会显著下降，出现失稳现象。对此，提出一种极弱电网下并网逆变器自适应改进前馈策略。先基于阻抗特性分析方法，分析系统相位裕度恶化的内在机理，提出在前馈通道上串联二阶低通滤波器来提高系统的相位裕度，并尽可能保留其在低频的增益效果的方法；再提出采用在线阻抗检测技术与结合遗传优化算法的自适应参数设计方法，提高参数设计效率，进而提高并网逆变器在极弱电网环境下的鲁棒性；最后，通过仿真与试验验证所提方法的可行性与有效性。

Abstract:

在电压质量问题中占比超过 80%的电压暂降故障，严重威胁着用电的安全、经济和效率。提出了一种面向混合变压器应用的配电网电压质量治理系统。先通过混合变压器、整合光伏单元与储能单元，得到并网逆变模式、孤岛逆变模式和并网整流模式这 3种工作模式，分别实现了光伏单元的并网供电、储能单元对电压暂降的补偿与配电网对储能单元的充电功能；然后，通过仿真验证该系统的功能；最后，搭建了系统的额定功率为 1 kW，使用电压调节器模拟电网单向电压为 220 V，负载电压为 110 V，变比为 10∶5∶4的抽头式变压器的硬件样机试验平台，进一步进行了验证。研究结果表明，该系统在这 3种运行工况下均能有效治理配电网的电压质量问题。

Abstract:

针对当前变压器油纸绝缘系统受潮评估模型遴选受限，且在老化 -水分协同作用下，特征指标对绝缘受潮情况的指向性较低等问题，提出基于 Stacking 异质集成的油纸绝缘受潮程度量化方法。首先，对老化 -水分协同作用下的宏观绝缘状态变化趋势进行微观介质层面的机理分析，提取可剔除老化作用干扰的多源异构受潮特征指标，构建与水分强相关的特征集合；其次，基于 Stacking 的融合学习思想集成 4类异质算法，建立模型的初级评估体系，并通过 Optuna超参数调优框架降低输出噪声；再次，利用权重赋值后的堆栈数据训练次级评估体系，构建基于加权改进的 Stacking 模型，量化油纸绝缘系统的受潮程度；最后，以实测数据为例，验证所提模型在受潮评估中的有效性。该模型可为变压器油纸绝缘系统受潮评估提供借鉴。

Abstract:

随着分布式光伏渗透率的提高，潮流可能倒送至电网侧，给低压光伏电缆带来新的老化挑战。针对光伏潮流倒送情况下的电缆老化问题研究不足，提出一种针对低压光伏潮流倒送场景的电缆寿命估计方法。首先，根据基尔霍夫电流定律计算不同梯度下电缆的电流分布，并利用有限元仿真软件对其进行温度场分析。其次，运用Arrhenius 寿命模型评估电缆在不同工况下的预期寿命、老化速度和寿命损失。最后，通过蒙特卡洛模拟对电缆的温度和寿命两方面进行不确定性分析。研究结果显示，在光伏潮流倒送场景下，电缆绝缘平均温度普遍高于正常工况温度，且有 52.93%的概率会高于 80 ℃的额定工作温度。电缆寿命普遍低于正常工况温度的寿命，且有 53.78%的概率会小于额定工作温度下的寿命。

Abstract:

针对防爆型电缆接头泄能孔形状设计缺乏优化方法的问题，使用热场、流场和位移场相耦合的有限元计算方法对接头内部的爆炸过程进行仿真，提出防爆型电缆接头铜壳泄能孔形状优化的设计原则，提出以泄能孔溅射气流的收束角度正切值作为关键参数进行优化的方法。通过实例将 3种典型泄能孔形状边缘处的气流速度分解成3个方向速度分量，并求出 3个速度分量的最大值和平均值，计算不同开口形状的 220 kV防爆电缆接头铜壳泄能孔处气体溅射的轨迹。按照泄能孔形状的设计方法，得到泄压孔形状为圆形时，涌出气体最收束，防爆效果最优。压防爆电缆接头泄能孔的优化设计提议的设计思路和重要参数具有导向作用。