開關(guān)柜內(nèi)螺栓連接的銅排接頭長期承載大電流，隨著機械松弛、表面氧化或熱循環(huán)導致接觸面積收縮，接觸電阻上升并引發(fā)局部焦耳熱，加速絕緣老化。傳統(tǒng)紅外測溫易受負載電流、環(huán)境溫度及設備腔體氣流等因素干擾，單一表面溫度讀數(shù)難以準確反映接頭真實劣化程度。

研究團隊構(gòu)建了三維電-熱有限元模型，模擬重疊銅排與鋼螺栓的接觸界面。模型將0.5毫米接觸層劃分為有效導電區(qū)與退化近絕緣區(qū)，明確區(qū)分“規(guī)定接觸電阻”與“有效接觸比”的物理作用，避免導電面積縮減的雙重計數(shù)。網(wǎng)格獨立性驗證顯示，采用190,271自由度的局部細化網(wǎng)格可準確解析接觸區(qū)與螺栓孔附近的陡峭梯度。全數(shù)據(jù)集理論功率一致性檢查Zui大相對偏差僅0.173%，確認了分布式接觸加熱實現(xiàn)的內(nèi)部一致性。

研究通過拉丁超立方抽樣生成參數(shù)化數(shù)據(jù)集，輸入變量涵蓋負載電流（400至1,200安培）、接觸電阻（50至300微歐）、有效接觸比（0.10至0.50）、環(huán)境溫度（293.15至313.15開爾文）及對流換熱系數(shù)（5至20瓦每平方米每開爾文）。剔除18個溫升超過106.9開爾文的高風險邊界案例后，保留382組有效數(shù)據(jù)，并引入負載歸一化熱學描述符以降低電流直接相關(guān)性，提供更可比的熱效應評估基礎。

團隊對比四種候選模型，用于連續(xù)溫升預測與基于5、15、30開爾文閾值的四分類熱風險評估。XGBoost回歸器決定系數(shù)達0.990±0.005，均方根誤差1.877±0.542開爾文，平均誤差1.042±0.198開爾文；分類任務準確率達0.938±0.026，宏F1分數(shù)0.941±0.033。所有跨折錯誤均發(fā)生在相鄰類別之間，未出現(xiàn)正常與危急狀態(tài)的誤判。結(jié)合SHAP分析實現(xiàn)結(jié)果可解釋。

作者明確指出該框架為基于有限元數(shù)據(jù)的正向代理模型，非物理信息神經(jīng)網(wǎng)絡，且尚未進行實驗驗證。其性能量化的是對仿真設計空間的復現(xiàn)能力，幾何結(jié)構(gòu)針對特定配置，需將預測的內(nèi)部量與表面測量值關(guān)聯(lián)仍需進一步驗證。未來需在實驗室接頭樣本上按控制階段開展多電流水平、冷卻條件及重復熱循環(huán)驗證。目前該工具可將復雜工況評估時間從求解器的約8.4秒壓縮至毫秒級，為電網(wǎng)接頭的負荷感知巡檢提供可解釋的仿真場景評估手段。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-15。本文為資料編譯。