基于同步压缩变换的电缆缺陷定位研究

由于采集信号为入射波与多反射波的叠加,且多分量信号之间存在耦合不服从线性叠加原理,导致以采用魏格纳分布(Wigner-Ville distribution,WVD)为核函数的传统时频域反射法(time-frequency domain reflection,TFDR)存在严重的交叉项干扰,影响对缺陷的定位和判断。针对这一问题,本文提出一种基于同步压缩变换的电缆缺陷定位方法,该方法采用同步压缩变换(synchrosqueezing transform,SST)替代WVD以消除交叉项干扰,并以高分辨率定位电缆缺陷。同时分析参考信号相关参数,针对不同长度电缆测试,提出参考信号设计原则。该方法的主要步骤包括:通过采用TFDR法获取时域定位信号;然后采用SST求取压缩和重排后的时频谱图,以获取更精确的时频表达并消除交叉项干扰。最后,搭建了10kV交联聚乙烯电缆仿真模型进行研究,并选取了长度为500 m含中间接头的XLPE电力电缆和某地约32km海底电缆对算法进行实验验证。仿真及实验结果表明:SST算法对信号进行重排后能有效消交叉相的干扰,提高了时频域反射法定位精度。

“高端环保电工材料及装备”专刊特约主编寄语

绿色环保电工材料是发展环保型电力设备、助力电力能源领域“双碳”目标实现的关键。同时,新型电力系统面临“高比例新能源、高比例电力电子设备、高比例直流”的“三高”特征,这对电力设备的关键性能也提出更高的要求,高端电工材料成为其中的重要因素。电力开关、变压器、电缆等是电力设备绿色环保化关注的主要设备,这些设备中的关键电工材料包括灭弧绝缘气体、绝缘油、绝缘纸、电缆料、环氧树脂等,是目前高端绿色环保电工材料研究发展的重点。

基于无人机多传感器数据采集的电力线路安全巡检及智能诊断

为满足电力线路应急处置和安全巡检业务的高效、自动化处理需求,设计研发了一套无人直升机多传感器电力线路安全巡检系统。首先,通过高精度同步授时与标定,统一机载紫外、红外、可见光以及激光传感器的时间、空间基准。其次,无人机通过机载多传感器同步采集输电线路的高精度3维激光点云、高分辨率航空影像、红外视频、紫外视频,进行多源数据的独立与融合处理,完成对线路通道的安全距离检测、线路设备异常发热及异常放电检测,实现对输电线路不同缺陷和隐患的智能诊断。最后输出标准诊断报表,以供现场勘察确认。为验证无人机多传感器巡检系统的功能,开展了实际带电运行线路巡检试验。巡检结果表明,无人机巡检系统对线路缺陷与隐患的检测结果与人工现场勘察结果一致。该系统能发现输电线路多种运行缺陷和安全隐患,为运行单位提供相应的检修维护决策依据,还能提供缺陷或隐患位置的可视化场景信息,方便人工辅助诊断和排查,提高输电线路巡检效率。

基于机载红外影像纹理特征的输电线路绝缘子自动定位

红外成像法是一种重要的绝缘子缺陷检测方法,但传统的人工诊断方式效率较低,难以满足无人机巡检的数据处理需求。为此提出一种从无人机红外影像中自动识别绝缘子的方法,首先对影像进行拉普拉斯边缘提取,然后遍历穿过影像的直线集,根据沿线的强度直方图探测影像中的周期纹理特征,再通过角度内特征聚类与角度间特征聚类,自动识别红外影像中的绝缘子中心线。选取包含不同背景(植被、农田、杆塔)的无人机红外影像数据集进行实验,该方法识别率在85%以上。结果表明,该方法能有效地从复杂地面背景的无人机红外影像中自动识别并定位绝缘子,为实现机巡作业红外诊断智能化奠定了基础。

变电站机器人智能巡检技术及应用效果

随着中国电网规模迅速发展,传统人工巡视已不能适应变电站运维需求,智能机器人巡检已成为变电站巡检的重要发展方向。文中以变电站机器人实用化巡检为目标,系统研发了机器人综合导航,可见光、红外及音频检测,机器人自动充电以及任务规划等智能巡检技术,在广东电网220 kV和500 kV变电站开展巡检应用,实现了电流致热型缺陷的红外检测,开关状态和表计读数的可见光检测,主变噪声的音频检测,对变电站设备进行全天候、全方位、全自主智能巡视和运行监控。变电站机器人智能巡检技术在实际应用中取得良好效果,极大提高了变电站巡检效率,降低了巡检成本,具有良好的推广应用前景。

大型无人直升机电力线路巡检系统实用化

大型无人机(unmannedhelicopter,UAV)巡检系统在电网运行检测、灾害应急勘测领域具有良好的应用前景,但现有巡检系统在实用化方面存在一些问题和局限性,需要进一步深化研究。论文系统提出了大型无人直升机电力巡检技术研究、装备研制和示范应用方面的实用化目标和策略,开展了国产Z-5型无人直升机飞行平台、无人直升机测控通信系统和任务载荷系统实用化的研究,采用卫星中继通信技术解决无人直升机长距离巡检通信问题,研制了一体化、全自动电力巡检光电吊舱。研制的新一代大型无人直升机巡检系统在南方地区沿海、山区、冰区、平原、雨雾、高海拔乃至夜间等多种典型复杂环境下进行了示范应用,累计已巡检110~500 kV线路30余条,46架次,巡线里程超过1340 km,单架次巡检线路长度超过60 km、飞行时间达3 h,巡检系统环境适应性、巡检效率和可靠性显著提高,基本达到实用化水平。

硅橡胶复合绝缘子老化机理及其服役寿命预测研究综述

硅橡胶复合绝缘子在运行环境因素作用下的老化失效问题给电网的安全运行带来重大隐患,也是当前复合绝缘子运维管理中的重点和难点问题。文中系统分析了运行复合绝缘子老化的影响因素和作用机理,综述了当前复合绝缘子硅橡胶材料物理老化、化学老化和电老化的研究现状与进展,进而对其服役寿命的各种预测模型的适用性和有效性进行了分析,最后对复合绝缘子老化状态研究及寿命预测方法的发展趋势进行了展望,希望能为复合绝缘子生产厂家、运行单位和科研部门提供支持和参考。

大型无人直升机电力线路智能巡检宽带卫星通信系统

大型无人直升机载荷能力强、续航时间长,可满足长距离输电线路巡检需求,是无人机电力巡检重要研究和应用方向,但目前通信问题制约着无人机的巡检应用。在国内首次采用卫星中继通信技术解决大型无人直升机电力巡检通信问题,分析了无人机卫星通信若干关键技术需求,基于Z5型国产大型无人机平台完成宽带卫星通信系统研制,采用机载调制解调器突发通信模式防止无人机旋翼遮挡天线信号;同时介绍了系统调试中发现的问题和解决方法,经过设计、生产、试验和试飞等阶段,验证了系统的功能和性能。研制的机载卫通系统质量小于16 kg,机载天线直径0.3 m,开展了20余回110～500kV带电线路巡检试验和应用,无人机单架次最大巡检线路长度超过30 km,卫通系统达到了设计目标,无人机超低空、超视距巡检作业不受复杂地域条件限制。

无人机激光扫描作业杆塔位置提取算法

基于激光点云的输电线路杆塔自动定位是电网无人机、直升机智能巡检技术应用的基础,但目前从激光点云中定位杆塔主要依赖于人工处理,工作效率低。针对如何从激光点云中自动定位杆塔这一问题,根据输电杆塔在激光点云中具有高密度、大坡度、大高差特征,提出了一种基于二维格网多维特征分析的输电杆塔自动定位方法。首先对无人机获取的激光点云进行滤波去噪处理,再对激光点云进行规则化,在此基础上计算点云的特征图像;然后结合架空线路走廊区域分析,根据密度、高差和坡度特征迭代定位出输电杆塔,最终实现了从无人机激光点云中自动定位输电杆塔位置。采用广东电网公司大型无人直升机实际巡检获取的输电线路激光点云数据对自动定位算法进行了验证,实验结果表明提出的算法具有较高的自动化程度和处理效率,对提高无人机、直升机机巡作业智能化水平具有促进作用。

变电站机器人智能巡检系统设计及应用

研发了一套变电站机器人智能巡检系统,从机器人本体、充电系统、无线传输系统、本地监控后台和环境适应性等方面介绍了巡检系统设计方案和各组成部分的关键技术。从现场勘查、设备安装、巡检规划和巡检应用等方面介绍了工程实施步骤和在电网220 kV、500 kV变电站的实际应用情况。分析了机器人巡检调试过程中存在的行进时出轨、无线通信不稳定、表计读取不准确、行走转弯卡涩等问题,并提出了解决措施。该巡检系统具有部署快速、适应性强、采集数据准确、定位精度高、超声防撞等显著优点,各项性能指标均满足变电站智能巡检需求,具有良好的推广应用前景。

无人机电力线路安全巡检系统及关键技术

近年来架空输电线路架设规模日益扩大,由于其覆盖范围区域广、穿越区域地形复杂并且自然环境恶劣,采用人工定期巡检的方式越来越不能满足现代电力系统安全稳定运行的需要。无人机技术的发展为架空输电线路巡检工作提供了新的平台,借助无人直升机,通过遥感技术应用,采用多传感器集成的方法,可实现电力线路安全巡检工作的高效和全自动化开展。本文介绍了基于遥感技术的电力线路安全巡检系统的基本概念和组成部分,重点分析了主要的关键技术,包括无人机飞行姿态控制、多传感器间高精度时间同步、缺陷探测和智能诊断、机载传感器检校、无线通讯、地面数据处理等,将无人直升机用于电力线路巡检工作的技术要点进行了较为全面的阐述。

应用显微红外法的硅橡胶复合绝缘子伞裙老化深度研究

复合绝缘子在运行环境因素的综合作用下易发生老化并引发绝缘子性能劣化乃至失效,因此对绝缘子老化影响深度进行检测和评估非常必要。采用显微红外光谱技术,通过测量硅橡胶伞裙由表及里不同深度处的2960 cm-1甲基峰面积分布变化,发展了一种测量运行硅橡胶复合绝缘子老化深度的检测技术。系统讨论了显微红外光谱法的测试原理、扫描方式、边界效应影响等问题,并分别针对线扫描及面扫描模式提出了相应的老化深度计算方法。同时应用该方法测试了广东电网500kV输电线路抽检复合绝缘子低压端伞裙的老化深度,发现基本在50~85?m之间;还对500kV榕茅甲线断串复合绝缘子的故障部位伞裙的老化状态进行了研究,发现由于高压端放电现象严重,故障部位伞裙老化深度达105~141?m,为正常老化情况(35?m)的3~4倍。

D4含量对硅橡胶微观结构和憎水恢复的影响

憎水恢复性是硅橡胶的重要特性,其恢复速度对电力系统用硅橡胶复合绝缘子至关重要。为研究小分子含量对硅橡胶微观结构和憎水恢复的影响,炼制八甲基环4硅氧烷(D4)质量分数含量分别为0,1,2,3,5phr(生胶的含量为100phr)的硅橡胶试片,对其进行正电子寿命谱检测,探讨D4含量的不同对硅橡胶结构的影响。对试样进行Ar等离子体处理,测量其憎水恢复速度,研究D4含量对硅橡胶憎水恢复的影响。结果表明,未加D4的硅橡胶试片中存在两种不同孔径的自由体积,对应半径分别为2.12的小孔和4.05的大孔。小分子D4含量增加,小孔尺寸(τ3)减小,对应的强度(I3)增加。大孔的尺寸(τ4)及强度(I4)不受D4含量影响。经过Ar等离子体5min处理后,D4含量越多则憎水恢复速度越快。小分子的含量影响硅橡胶憎水恢复速度。

架空输电线路智能机器人全自主巡检技术及应用

针对输电线路机器人巡检实用化问题,研发了机器人全自主巡检作业涉及的自主越障、自主定位、自主故障诊断与复位、自主巡检等四大关键技术,详细介绍了各项技术原理与实现方法。建立了机器人可自恢复故障、可替换故障和需修复故障等三种典型故障模式及诊断修复策略,开展了机器人户外真型线路巡检试验。首次完成了南方电网500 kV带电运行线路机器人巡检,对机器人自主巡检技术、故障诊断修复策略以及自主巡检作业流程进行了验证和考核。机器人上线单次巡检里程达到10 km以上,巡检应用取得良好效果。

基于引雷塔阵列的输电线路主动防雷和区域防雷效果评估

广东地区雷电活动强烈和频繁,严重影响电网安全运行,电网防雷形势严峻,在雷电活动特殊强烈地区做好防雷工作能够给电网运行带来显著的安全效益和经济效益。为此,基于主动防雷和区域防雷思想,采用时空聚类算法和对比分析方法,对引雷塔阵列区域的雷暴过程、雷电参数进行研究,评估布置于雷电通道的引雷塔阵列主动防雷、区域防雷效果。研究发现:引雷塔建成后在一定范围内地闪密度和雷电流幅值(均值)呈现上升趋势,引雷塔一定程度上会增加其周围区域的强雷电地闪活动数量,且使靠近引雷塔运动的雷电地闪活动占比提升,并使经过引雷塔后的雷暴地闪活动雷电流幅值降低。运行结果表明,广东电网佛山和深圳基于引雷塔阵列的输电线路主动防雷和区域防雷效果显著。基于引雷塔阵列的电网主动防雷和区域防雷技术具有科学性和可行性,建议进一步深化研究和应用。

高湿热地区高温发热复合绝缘子分析

为查明高湿热地区一批复合绝缘子高温发热的原因,对缺陷绝缘子样品开展了材料检测、电气试验分析,对绝缘子电场分布进行计算。实验和仿真结果表明,该批高温发热绝缘子的高压端芯棒表面蚀损严重,电气参数发生变化,导致电场强度增大进而加剧局部放电过程。综合材料、电气实验分析指出,该批绝缘子界面粘接性能较差,水分入侵导致界面化学键水解,从而产生脱粘缺陷是该批次绝缘子出现缺陷的主要原因。

高压电缆线路局放故障信号的检测方法设计

针对目前电力系统中故障源头难以查找且运维困难的问题,提出基于多目标粒子群算法的高压电缆线路局放故障信号检测方法。基于相位敏感光时域反射计(Φ-OTDR)分布式系统的光弹效应,对电缆线路的扰动信息位置开展计算,并推导局放信号的输出变量,以实现信号重构。结合傅里叶变换与小波分析法,对信号开展三层分解,并引入自适应阈值法,实现不同尺度上的高压电缆线局放信号去噪。建立融合小波变换的神经网络,将处理后的局放信息输入神经网络,并引入故障字典法实现神经网络的训练,使训练后的神经网络具备局放故障识别功能。试验结果表明:所提方法对50 m后的局放信号分析以及高频放电区域检测的结果接近实际结果。所提方法对电缆线路中远端局放信号的识别率高,具有较高的故障检测效率。

输电线路杆塔防坠落装置应用现状及展望

从防坠落装置安装规模、安装范围、供货商、选型原则、使用中存在的问题以及各种型式防坠落装置结构、技术参数的特点等方面,分别介绍和分析了广东电网公司、福建电网公司、广西电网公司以及中国南方电网超高压输电公司防坠落装置的安装应用现状,并对防坠落装置的应用前景进行展望,对广东电网输电线路杆塔防坠落装置今后的选型提出建议。

大型水电站接地网接地电阻的初步计算

现有的适合于一般发变电站地网设计的均匀和垂直或水平分层土壤结构的计算模型，并不适用于大型水电站接地系统。文中首次提出了在水平和垂直方向都分层的复合分层土壤结构的计算模型，并介绍了基于此模型的边界元算法，编制了通用的计算程序。所介绍的计算方法对于我国大中型水电站的接地设计具有较大的实用价值。

硅烷接枝聚丙烯的直流电性能与陷阱机制

为研究接枝改性聚丙烯(polypropylene,PP)作为可回收直流电缆绝缘的电气性能及其调控机理,制备了乙烯基三乙氧基硅烷(vinyltriethoxysilane,VTES)接枝改性的聚丙烯,并重点对其常温和高温下的击穿场强、体积电阻率和相关的陷阱特性与机制进行了测试与分析。实验研究表明:接枝硅烷后的聚丙烯在30℃和90℃两种温度以及电缆绝缘层工作场强的条件下,其电阻率最高提升2~3倍,击穿场强提升接近10%,空间电荷被显著抑制;接枝硅烷可以在材料中引入大量深陷阱。仿真分析表明,接枝硅烷能够在材料中引入较深的电子陷阱能级和较深的静电势阱。陷阱和势阱可以捕获自由载流子,影响电荷输运过程,从而实现电阻率的提升。该文工作可为后续接枝改性聚丙烯直流电缆绝缘材料研究与开发提供参考。