直流开断电弧的图像处理及参数化研究

发布时间：2020-11-03 03:24

　　 真空断路器在直流输配电系统中担负着快速开断短路电流的重担,其核心功能是熄灭由于动静触头带电分离而产生的真空电弧,真空电弧的演变规律对真空断路器的开断能力有重要影响。本文以直流开断中的真空电弧为研究对象,利用图像处理技术,对真空电弧进行了运动特性分析及图像参数化研究。首先对实验室基于有源换流法的直流开断试验平台进行改造,重新设计了换流源投入开关操动机构的控制电路,大幅简化了零部件的使用;通过测量主开关的位移曲线,根据试验需求,将储能电容预充电电压设置为500 V,并获取了开断电压电流波形。其次利用直流开断试验平台,借助CMOS高速摄像机捕获了一系列真空电弧图像,结合电弧电压电流波形图对典型的燃弧过程进行了分析。同时对真空电弧图像进行了去噪的预处理操作,以峰值信噪比为指标,对比分析了不同算法的去噪性能。随后对真空电弧图像进行分割处理。基于K均值聚类的真彩色图像分割算法能够较准确地将燃弧区域从整幅图片中提取出来,基于灰度分层法的伪彩色图像增强算法能使电弧图像更符合人眼视觉特性。对双阈值图像分割算法进行了改进,通过对比不同算法处理后的真空电弧图像,改进后的双阈值分割算法更适用于电弧图像的分割。最后应用真彩色图像分割算法和伪彩色图像增强算法处理后的图像来描述真空电弧运动。结果表明,直流开断电弧在起弧后先是经历一段快速扩散的过程,随后由于换流电流的投入而迅速熄灭,换流期间电弧形态的变化滞后于电弧电流的变化,且熄弧位置在起弧位置附近;将改进后的双阈值分割算法用于图像的参数化研究,提取了电弧直径,电弧高灰度值区面积及面积率三个参数特征,结果表明,直流开断电弧在起弧后约1 ms的时间内电弧扩散速度以及高灰度值区面积率均高于后续燃弧过程,而高灰度值区面积在燃弧期间保持线性增长。
【学位单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM501.2;TP391.41
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 课题研究背景与意义
    1.2 真空电弧基本理论
        1.2.1 真空电弧的产生
        1.2.2 真空电弧的构成
    1.3 真空电弧研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内研究现状
        1.3.3 国内外研究现状分析
    1.4 本文主要研究内容
2 基于有源换流法的直流开断试验
    2.1 试验原理介绍
    2.2 试验平台搭建
        2.2.1 操动机构的选取
        2.2.2 储能电容充放电控制电路
    2.3 试验结果分析
        2.3.1 主断口位移曲线
        2.3.2 典型开断过程分析
    2.4 本章小结
3 真空电弧图像获取与预处理
    3.1 真空电弧图像采集系统
        3.1.1 CMOS高速摄像机原理
        3.1.2 相机参数调试
        3.1.3 图像采集过程
    3.2 典型直流开断电弧燃弧序列
    3.3 真空电弧图像去噪
        3.3.1 噪声的来源和检测
        3.3.2 噪声的去除
    3.4 本章小结
4 真空电弧图像处理算法
    4.1 电弧图像增强
        4.1.1 基于K均值聚类的真彩色图像分割
        4.1.2 基于灰度分层法的伪彩色图像增强
    4.2 电弧灰度图像分割
        4.2.1 单阈值灰度图像分割
        4.2.2 双阈值灰度图像分割
    4.3 改进的双阈值灰度图像分割
    4.4 电弧图像处理结果分析
    4.5 本章小结
5 真空电弧运动特性及其图像参数化研究
    5.1 真空电弧运动特性
        5.1.1 交流电弧
        5.1.2 直流开断电弧
    5.2 真空电弧图像参数
        5.2.1 电弧灰度分布
        5.2.2 电弧直径
        5.2.3 电弧高灰度值区面积
    5.3 试验结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢

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本文编号：2868023