不停电融冰方法下配电网多馈线架空线路暂态特性仿真研究

现有融冰技术研究主要针对融冰稳态过程中的热效应,缺乏对融冰装置接入电网的暂态过程研究。为此,以适用于配电网的零序电流在线融冰技术为研究对象,从其融冰工作原理出发分析融冰暂态性能,建立接地变压器的励磁涌流暂态数学模型,提出适用于接地变压器的基于改进选相合闸技术的励磁涌流抑制策略。以粤北山区某支线作为试点线路,根据覆冰线路参数仿真验证暂态特性及励磁涌流策略的可行性。结果表明在融冰装置投切期间,配电网系统会出现过电流暂态,对系统的安全稳定运行产生威胁,采用基于改进选相合闸技术的励磁涌流抑制策略能较好抑制暂态过电流,保障在线融冰安全进行。

架空输电线路地质灾害风险预控

地质灾害具有自然环境演化和人为活动诱发的双重特性,架空输电线路地质灾害风险预控一直是电网防灾减灾工作的重要内容。结合架空输电线路常见地质灾害的滑坡灾害、崩塌灾害、地面变形灾害和特殊土地基灾害4种典型形式,分别阐述了每种地质灾害形式的诱发因素、致灾机理、变形破坏失稳机制及其潜在的危险性,从架空输电线路基础工程的设计条件输入、建设质量管控、运行维护3方面,提出了架空输电线路地质灾害风险预控的方法与技术,可供我国电网防灾减灾工作参考。

架空配电线路覆冰超声波监测技术研究及应用

针对架空配电线路覆冰在线监测问题,提出一种基于超声波测距原理的架空配电线路覆冰厚度监测技术,研发超声波覆冰监测装置并分别进行实验室和现场应用检验。该方法采用超声波测距飞行时间法,计算线路覆冰前后超声探头与线路的距离,依据其差值得到线路覆冰厚度。实验室内以圆形铁棒模拟配电线路,在搭建的超声波监测配电线路试验平台条件下,当覆冰厚度检测值为16.74 mm时,其与实测值的相对误差为5.08%。超声波覆冰监测装置在贵州某配电线路挂网应用期间,能正常上传环境温度、相对湿度和测距数据,2024年2月27日15:36:52测得线路覆冰厚度值为16.76 mm,与实测值的相对误差仅4.23%。实验室和现场应用检验结果验证了所提架空配电线路覆冰超声波监测技术的有效性和准确性。

基于IGCT串联的电流源型融冰装置

针对冬季输电线路覆冰问题,提出一种基于集成门极换流晶闸管(integrated gate-commutated thyristor,IGCT)串联的电流源型直流融冰装置及其控制方法。该融冰装置采用电流源型整流器拓扑,兼有直流侧融冰与交流侧无功补偿的功能。所提控制方法首先采用瞬时功率理论分解交流侧的瞬时有功、无功,根据融冰功率与交流侧无功补偿需求分别进行有功、无功双环解耦控制。为节约装置成本、减少传感器使用,提出一种不依赖电容电压传感器的控制方法,通过网侧电压、电流的差分计算得到LC滤波器的电容电压。为抑制高频谐波对控制系统的不良影响,引入虚拟电阻控制单元对LC滤波器的高频谐波进行前馈抑制。最后,考虑具体应用场景设计1台交流侧电压10 kV、最大融冰电流1000 A的融冰装置样机,通过实验验证了所提技术方案和控制方法的有效性。

输电线路防冰/除冰涂层技术发展与创新综述

综述了防冰和除冰涂层技术在输电线路中的应用,介绍了输电线路覆冰的类型及特征,总结了目前的防冰和除冰技术在输电线路中的应用及优缺点.重点综述了疏水涂层在输电线路防冰、除冰方面的研究进展及现状,包括超疏水防冰涂层、电热防冰涂层和光热防冰涂层.超疏水防冰涂层制备方法主要有溶胶-凝胶法、喷涂法、浸涂法、刻蚀法、激光烧蚀法等.电热防冰涂层利用泄漏电流的热效应蒸发绝缘子表面的水膜,在输电线路绝缘子上的应用具有一定的防冰、除冰效果,但其损耗和使用寿命仍需要进一步研究.光热防冰涂层的防冰、除冰效果好,与自润滑、自修复功能相结合,未来有更大的发展潜力.

考虑水平和竖直方向振动作用的导线疲劳损伤检测方法研究

针对架空导线振动损伤检测方法计算精度不高的问题,提出一种更为精确的导线损伤检测方法。该方法以不同风速和张力下具有水平和竖直动力的不对称双跨导线结构响应特征为基础,研究水平和竖直方向振动作用的导线疲劳损伤程度。通过薛氏模型识别出水平和竖直加速度信号,利用深度孪生神经网络(deep Siamese convolutional network,DSCN)架构将水平和竖直方向加速度信号输入标准化时间窗,然后经过希尔伯特黄变换支持向量机(Hilbert Huang transform-support vector machine,HHT-SVM)算法求解导线疲劳损伤值,并与主流算法对比验证。不同风速条件下的数据结果显示,HHT-SVM方法较遗传算法、卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)算法两种方法更为优异,计算的疲劳损伤值总体精度分别提高了22.77%、8.06%,模态阶数精度提高了23%、4%,迭代次数减少了45%、17%。最后,通过HHT-SVM方法,结合三维颤振稳定性检测图,得出导线振动与疲劳损伤值的关系与推导出的比例关系一致,从而再次验证该方法的可靠性。

导线-防振锤损伤特征提取与结构健康诊断方法

针对防振锤损伤后引起的导线异常振动现象,提出一种提取损伤防振锤振动特征与结构健康诊断(structural health baseline,SHB)的方法。首先研究防振锤损伤特征提取方法,提出诊断策略,然后通过导线-防振锤振动模拟试验,将振动信号分解为多阶分量集合,并引入熵的概念来量化每阶振动分量时频域的能量密度分布。研究发现,防振锤不同损伤类型的熵值偏差率最大为39.5%,最小为29.4%,揭示了防振锤损伤在多阶振动尺度上的内在特征。最后,通过建立的LibSVM损伤辨识基准,根据实测的防振锤损伤数据进行预测,得到的辨识准确率高达97%。结果表明,该方法有效建立了以特征参数表征防振锤损伤的模型,可以精准辨识防振锤结构健康状况。

输电线路障碍物清理机器人刀具系统自抗扰控制

高压强电磁环境下,输电线路障碍物清理机器人携带刀具系统进行清理作业时,为保证清障切割作业的平稳,必须对刀具系统进行转速控制;刀具系统在清障切割作业时存在参数摄动,且承受着负载转矩扰动,传统控制方法难以满足刀具控制系统的性能要求。针对以上问题,提出具有线性特性的输电线路障碍物清理机器人刀具系统自抗扰控制策略。根据刀具系统的二阶状态方程,设计清理机器人刀具系统的线性扩张状态观测器和线性自抗扰控制律。在验证刀具闭环控制器的稳定性后,进行仿真实验和物理实验,实验结果表明:刀具系统线性自抗扰控制策略具有良好的控制性能,可适应系统的参数摄动,并有效抑制切割作业时存在的转矩扰动。

粤东地区500kV线路污闪原因分析及防治对策

2019年11月13—24日,广东省粤东地区某4回500 kV输电线路发生7次污闪跳闸,终止了广东地区连续13年零污闪的纪录。针对此污闪跳闸事故原因进行了调查分析,总结此次粤东地区污闪的特点,指出此次污闪属于典型的局部区域性污闪。通过分析污闪绝缘子污秽度测试数据、离子成分,发现本次污闪的主要原因是污染源变化导致A类污秽大量沉积,以及海风引起的B类污秽快速积污。进一步分析不同污秽类型引起的污闪发展特点,指出常规的污秽清扫措施对于B类(海洋盐雾)污秽的清扫效果有限。最后针对不同污秽类型提出了污闪防治对策。

适用于平原地区的10 kV配电线路覆冰厚度检测方法及试验研究

架空线路覆冰严重威胁电网运行安全,干扰正常的社会生产与居民生活。与110 kV及以上电压等级高压架空线路相比,10 kV配电线路以人工观冰为主,缺乏有效的覆冰检测手段,这给配电网在覆冰天气下安全运行带来了极大的困扰。为此,提出一种基于压力测量的适用于平原地区的10 kV配电线路覆冰厚度检测方法,该方法以配电线路垂直档距在覆冰前后无变化为依据,运用无覆冰时压力传感器数值计算垂直档距,根据绝缘子柱压力传感器数值变化计算覆冰厚度。利用有限元仿真和模拟试验分别进行验证,结果表明:仿真条件下2.5~20 mm覆冰厚度范围内的等值覆冰厚度试验结果相对误差不超过±4%;实验条件下2.5~10 mm覆冰厚度范围内的等值覆冰厚度试验结果相对误差不超过±3%。该方法为进一步的配电线路覆冰厚度检测提供了参考,对配电线路防冰除冰具有重要意义。

超疏水涂层应用于绝缘子表面防覆冰作用探究

输电线路中绝缘子表面覆冰现象严重影响输电工作的正常进行,已经成为电网工作中亟待解决的问题之一.采用高效无氟的方法制备出二氧化硅超疏水涂层,以帮助输电线路绝缘子表面的防冰应用.涂层的水接触角可达161°,滑动角小于1°.在防覆冰性能试验中,液滴的开始冻结时间相比普通表面得到有效延迟,超疏水涂层表面覆冰量比普通表面降低53.6%.与此同时,该超疏水涂层具有良好的耐腐蚀性和自清洁作用,应用于绝缘子表面有良好的稳定性并且可以完成表面自清洁.因此,研究的实验结果为解决输电线路绝缘子表面的防冰问题提供了一个简单而有前景的解决方案.

基于改进YOLOv4的输电线路耐张线夹缺陷检测

为了减少耐张线夹压接缺陷判别过程中人为因素对结果的干扰,提升评判效率,提出一种基于改进YOLOv4的输电线路耐张线夹缺陷检测方法。首先,通过“三跨”线路耐张线夹X光探伤工程,建立包含6类常见压接缺陷的图像样本集;其次,依次采用对比度拉伸、拉普拉斯算子增强、限制对比度自适应直方图均衡化及高斯滤波等图像处理方法对数据集进行预处理;然后,引入卷积块注意力模块和残差结构对原始YOLOv4模型的路径聚合网络层和空间金字塔池化层进行改进,增强模型对空间和通道维度的关注度,优化模型多感受野特征表达能力,提升算法对深层语义特征的提取效果;接着,利用预处理数据对YOLOv4及其改进模型进行训练与测试;最后,根据YOLOv4及其改进模型对各类压接缺陷的检测性能不尽相同这一特点,采用2次非极大值抑制搭建多网络融合缺陷检测模型,并完成模型的测试。先后的测试结果表明,改进YOLOv4、多网络融合模型对6类压接缺陷检测的平均精度均值分别为92.22%、93.08%,可实现对耐张线夹压接缺陷的有效检测。

考虑温差特性的导线疲劳损伤在线监测技术

针对架空导线在实际工况中受自然环境影响出现导线断股现象,开展钢芯铝绞线(aluminum conductor steel reinforced, ACSR)断股稳态温度与断股后疲劳损伤方面的研究。首先,以LGJ-240/30型号导线为例搭建损伤导线载流试验平台,分析导线在不同损伤条件下的温度特性,利用测温数据线性拟合出损伤导线局部温度与断股之间的关系。其次搭建对应导线的有限元模型,通过计算损伤导线的单位产热率,对损伤导线截面的温度特性进行数值模拟;利用损伤导线与无损导线之间的温度差,拟合损伤导线局部温度与断股之间的关系,验证试验得到的线性关系。最后,针对导线的运行工况,由理论研究确定关键运行参数,提出一种输电线路疲劳损伤监测系统,该系统已应用于广东省某220 kV输电线路,成功对此线路的疲劳损伤状态进行实时监测。

同塔双回线路大档距导线随机脱冰跳跃特性研究

为了掌握同塔双回线路大档距导线非均匀脱冰跳跃特性,以某220 kV同塔双回线路为研究对象,考虑导线、绝缘子串和间隔棒等构件的力学特点,设置导线阻尼和边界条件,建立五档同塔双回线路大档距二分裂导线覆冰有限元模型,分析脱冰档随机脱冰时导线脱冰跳跃高度时程变化,研究脱冰率、导线型号、脱冰档、风速对导线脱冰跳跃高度的影响规律,校核双回线路的动态脱冰电气间隙。结果表明:线路脱冰率越大,导线脱冰跳跃高度越大,但相同脱冰率下,随机脱冰位置不同,导线跳跃高度并不相同;双回线路导线脱冰跳跃稳态值与峰值呈现一定的线性关系,脱冰跳跃峰值约是稳态值的1.70倍;线路导线直径越大,导线脱冰跳跃高度越小;相比于边档脱冰,五档双回线路中档脱冰时导线脱冰跳跃高度峰值最大;风速越大导线跳跃高度越大,但是导线跳跃高度增幅有限;该220 kV同塔双回线路脱冰动态间隙满足要求。

220 kV跳线风偏放电概率计算模型和影响因素分析

台风伴随着降雨导致输电线路耐张塔的跳线偏离垂直平面并靠近耐张塔,进而导致输电线路放电。目前,针对台风侵袭下考虑降雨的耐张塔跳线风偏放电概率计算模型的研究均不考虑雨荷载的影响。为此,以220 kV电压等级的耐张塔跳线为研究对象,建立得到考虑风雨荷载的220 kV耐张塔跳线的风偏放电概率计算模型及计算公式。在台风条件下,计算典型220 kV电压等级的耐张塔跳线风偏放电概率。结果表明风偏放电概率与气象条件的变化趋势具有一致性。将考虑雨荷载的方法与典型不考虑雨荷载的方法进行对比,在降雨量较小时两者差别不大,这验证了所提计算模型的有效性。此外,探究了绝缘子类型、跳线雨荷载、雨向、降雨量对220 kV耐张塔跳线风偏放电概率计算的影响。

输电塔-线体系覆冰增长动态响应分析

为了有效分析输电线路在覆冰作用下的正常运行情况,针对重覆冰区气象特征,结合旋转圆柱覆冰增长模型对覆冰区域进行12 h覆冰荷载及风荷载的计算;根据110 kV输电线路特征,采用梁杆分析单元,建立多塔塔-线耦合有限元模型;然后,基于有限元法(FEM)分析软件ANSYS进行覆冰增长动态响应分析.研究表明:在12 h覆冰过程中,线路整体运行平稳,不会出现失稳倒塔现象;不均匀档距和高差在顺线路方向对杆塔影响较大,12 h覆冰过程中杆塔塔头最大应力分别超过标准杆塔7.6%和12.2%;转角由于横向力作用对杆塔扭转影响较大,12 h覆冰过程中转角10°和15°的杆塔塔身最大应力分别超过标准杆塔98.5%和192.4%;线路中不均匀档距、转角及高差产生的不平衡张力是导致杆塔变形增大的主要原因.分析结果同线路实际运行情况相符,可用于架空输电线路覆冰可靠性分析和指导线路除冰.

输电线路覆冰厚度的小波分析图像识别

针对现有输电线路覆冰厚度检测方法的不足,利用南方电网输电线路灾害(覆冰)预警系统中的覆冰图像,选择3阶B样条函数作为平滑函数构造小波基对覆冰图像进行多尺度边缘检测,再采用Hough变换对图像检测边缘进行连接,通过对比导线覆冰前后的厚度差,实现覆冰厚度自动计算。结果表明:多尺度小波边缘检测信息融合与Hough变换直线检测算法,对离散误差、局部断裂等缺陷不敏感,能剔除覆冰图像中冗余和虚假边缘,从而在实际噪声图像中提取所有覆冰导线边缘,图像分辨率提高有助于减少计算误差。最后,经与南方电网输电线路灾害(覆冰)预警系统监测的数据进行对比,所得误差<2.5 mm,表明该方法可用于输电线路覆冰厚度在线监测。

鸟粪导致交流输电线路塔窗-导线空气间隙放电的特性研究

为减少鸟粪导致的塔窗-导线空气间隙放电事故的发生,依据鸟粪电导率、粘度等参数配置鸟粪模拟液,完成了鸟粪影响下的模拟塔窗-导线空气间隙交流放电特性的试验研究;并结合电流场理论,采用COMSOL Multiphysics有限元仿真软件建立了简化的塔窗-导线电极击穿模型。结果表明,当大鸟在杆塔横担处排便时,其粪便会使得塔窗-导线间隙的击穿电压降低约75%;这是因为鸟粪落下的瞬间,鸟粪通道末端与导线高压端两端之间的空气间隙的电场强度大大增加,使空间电场发生严重畸变,进而可能导致间隙击穿放电。

新型高压输电线路低下限死区大功率在线取能装置

为解决覆冰在线监测系统供能问题,研制了一种低下限死区、大功率输出的取能线圈。采用初始磁导率较高的纳米晶材料铁芯,且铁芯的二次绕组有多个抽头输出,利用逻辑控制固态继电器在不同变比间切换,实现在不同的电流范围选取不同的匝数。试验发现,在母线电流为2 A时,取能线圈输出功率可>0.5 W;母线电流达到100 A时,取能线圈饱和程度低;母线电流达到1 000 A时,铁芯被保护不达到磁饱和状态。试验结果表明,特制的取能线圈能够在较低的电流下限取得较大的输出功率,在母线大电流时不致深度饱和损坏铁芯。

利用光纤光栅传感器测量输电线路覆冰荷载试验

输电线路覆冰严重威胁电力系统的安全稳定运行,在现有力学测量线路荷载的基础上,建立了基于光纤光栅(FBG)传感器的输电线路覆冰在线监测系统。该系统利用光纤光栅作为传感载体,通过感知传感器金具的微应变,测量输电线路荷载;光纤作为传感信息传输载体,可在现有的光纤复合架空地线(OPGW)和光纤复合相线(OPPC)上实现。为验证系统测量输电线路覆冰后荷载变化的性能及可靠性,在±800 kV直流输电工程输电线段直线塔上进行了光纤光栅传感器测量输电线路模拟覆冰试验,试验结果表明:相较于电子式传感器,光纤传感器精度更高;测量灵敏度与金具的材料和截面积相关;光纤光栅温度补偿的精度直接影响测量精度。