架空导线表面损伤特征及其对电晕特性的影响

发布时间：2020-08-28 03:16

【摘要】：架空输电导线是我国特/超高压输电线路的重要组成部分。在特/超高压输电线路服役过程中,大气环境中运行的导线(主要指钢芯铝绞线)长期处于恶劣的自然环境和施工条件下,导致其表面不可避免出现损伤,导线表面损伤处是非常重要的电晕放电源,不仅增加线路电晕能量损耗还直接威胁着输电线路的安全运行。因此,研究导线表面损伤对电晕放电的影响具有重要的工程价值和现实意义。本文首先通过实验和图像处理的方法对实际导线表面损伤特征进行观测和提取,利用分形维数对导线表面损伤特征进行了探究;其次,采用电晕放电混合数值模型对无损伤导线表面的电晕特性进行了研究,分析了导线横断面结构对直流输电线路正极性电晕放电的影响。最后,利用PIC-MCC法对无损伤和损伤导线表面的电晕特性进行了研究。具体研究内容如下:1.选取实际输电线路导线为研究对象,通过实验对不同地区截取的不同电压等级的典型导线表面损伤特征进行观测,利用图像处理技术提取了不同导线损伤表面图像信息,采用像素点覆盖法、差分盒维法和小波变换对导线表面损伤特征进行了研究。针对传统像素点覆盖法的不足提出了一种改进像素点覆盖法,建立了分形维数和导线表面损伤之间的联系。2.给出了可量化分析光滑导线表面等离子体放电微观过程的混合数值模型,对圆截面导线和钢芯铝绞线两种导线电晕放电过程中的表面电子密度和电场强度分布规律进行了研究,具体分析了导线横断面最外层股线数对正极性电晕放电特性的影响。研究表明,钢芯铝绞线附近的电子密度明显高于圆断面导线,但在流注放电阶段,流注通道内不同横断面导线电子密度相差不大;在放电初期,钢芯铝绞线表面的电场强度明显高于圆形导线表面;随着导线断面股线数(瓣数)的增加,导线表面电子密度和电场强度反而减小。3.利用PIC-MCC方法建立了导线表面凸起放电模型,对压痕导致的导线表面常见损伤特征(凸起)的电晕特性进行了研究。在导线半径一定的情况下,对比分析了凸起导线和光滑导线表面的电场强度和微观粒子的变化过程,给出了不同导线表面凸起半径和分布对放电的影响规律。分析发现,不同放电阶段受不同半径凸起的影响程度不一致;导线表面存在多个凸起时,彼此会相互影响,并随着凸起数量的增加,导线表面的最大电场强度逐渐减小。
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75
【图文】：

(c) 磨损图 1-1 导线表面损伤照片导线表面损伤对导线的力学性能和电气性能有着重要影响，存在严重损导线不及时更换，不仅断股的概率增加，严重时易发生疲劳破坏，出现导裂，进而影响整条线路的安全运行[3-4]。同时，导线损伤表面会发生局部放象，增加电晕损耗，是重要的电能损耗原因之一[5-7]，如图 1-2 所示。2 Parana 河的一条输电线路导线发生断线，导线表面损伤严重，导致巴西南面积停电，损失巨大，事后事故调查发现，主要原因是导线微动损伤严重导线断裂[8]。2015 年姜常胜等[9]在对辽新 1、2 断线基本情况介绍时指出导线微风振起防舞间隔棒和导线疲劳磨损严重，导线出现单根断股，断路器出现跳闸似的导线由于导线表面损伤进而引起的事故仍时有发生，导线表面损伤给线路导线的安全运行留下了安全隐患。

(a) 刚性跳线处 (b) 四分裂软母线损伤处图 1-2 电晕放电的紫外图像电网建设加速发展的同时也不断要求输电线路安全性、稳定性的提高。架空线导线表面损伤严重威胁着电力输送的安全性和稳定性。因此，对输电线路导线损伤特征进行研究，以及如何对复杂导线表面损伤特征进行描述，建立导线表面损伤和电晕放电之间的关系，对实际输电线路导线表面损伤特征识别，减少导线表面电晕能量损耗，提高输电线路运行安全性、延长其使用寿命具有重要的学术价值和工程价值。1.2 国内外研究现状1.2.1 导线表面损伤的研究现状目前，国内外关于输电线路导线表面损伤问题的研究方法主要有三种方法：现场实测、模拟实验和数值分析。其中，现场实测由于受自然条件的限制以及耗资巨大，相关方面的研究成果较少。目前大多数研究学者采用的研究方法为

(a) 传统块划分 (b) 改进后块划分图 2-1 改进前后块划分对比示意图换是图像信号处理中一个强有力的工具，图像小波处理体情况的近似值和各个方向的细节值。基于小波变换的小波基，对图像进行二维小波分解。对任意的函数有, ,,( , ) (2 , 2 )k kk k n mn mf x y c x n y m,n,m,( , ) (2 , 2 ) 1, 2,3i i k kk kn mg x y d x n y m i ; ; 2 , 2 1; ,l,k n m l n j m k l jjc a c ; , 2 , 2 1; ,i ik n m l n j n k l jd b c

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本文编号：2807016