基于自适应层次分析法和变权理论的输电线路铁塔关键指标体系评价方法

针对当前输电线路铁塔评价指标体系冗杂和模糊评价难以反映实际工况的问题,提出了一种输电线路铁塔基础设施安全评价方法。通过关联规则对铁塔指标体系进行了量化,并基于主成分分析法建立了铁塔基础设施的关键指标评价体系。为了避免反复调整判断矩阵引起的盲从性问题,引入自适应层次分析法(self-adaptive analytic hierarchy process,S-AHP)确定初始权重。并通过变权理论引入均衡函数,对各指标的初始权重进行了调整,以解决常权系数下铁塔某项指标出现异常时对模糊评价结果无影响的问题。实例计算表明:关键指标体系能反映出铁塔整体工况,变权后的模糊评价可以准确确定异常铁塔,评价结果能很好地辅助后续铁塔检修计划的制定。

基于图像增广与迁移学习的输电线路金具多目标实时检测方法

架空输电线路金具的状态评估工作对于线路的可靠运行至关重要,金具的检测是评估工作的重要一环。针对金具识别检测中数据集人工标注的工作量大,以及难以兼顾高精度和快速性问题,提出一种基于YOLOX网络改进的输电线路金具检测方法。将无人机拍摄的金具图像进行增广预处理丰富数据集,骨干网络采用在线Mosaic、Mixup增强方式,引入基于特征提取的迁移学习并采用余弦退火学习率进行两阶段模型训练。实验结果表明,改进后的方法对各类金具检测的平均精度均值提高了18.32%,与Faster R-CNN等5种主流检测模型相比,所提方法平均检测精度均值最高,且检测速度仅次于YOLOv3,能够更加快速、精准地识别各类金具,并在一定程度上减少人工标注的工作量。

特高压输电线路塔线体系风振响应特性及对登塔人员影响分析

登塔是输电线路施工、巡视和检修的重要技术手段,而特高压输电线路截面大且为高耸的塔线耦合的弱阻尼系统,其风致振动特性及其对登塔作业人员的影响对确保作业和人员安全具有重要意义。针对±800 kV直流输电线路建立了输电线路塔线耦合体系有限元模型,基于风速随高度变化的Kaimal谱和谐波叠加法生成了2 m高风速分别为6、8、10 m/s的风速时程,应用模拟的风荷载对三塔两线体系在A、B两种地形下的风振响应进行了时域分析,并讨论了铁塔振动对登塔作业人员的影响。结果表明:在2 m高风速为6 m/s时,A、B塔线体系整体风速都没有超过10 m/s,铁塔各部位风致振动的位移较小,典型作业位置处作业人员基本没有不舒适感;在2 m高风速为10 m/s时,铁塔横担以及地线支架处位移较大,作业人员的登塔作业人员感到极不舒适,存在高空坠落风险。建议登塔作业人员测量风速时将地面测量的风速修正到作业位置高度处,修正值小于10 m/s再进行登塔作业。

新型圆筒式电涡流阻尼器性能优化及试验研究

为了有效抑制输电铁塔钢管构件的涡激振动问题,设计了一种基于电涡流原理被动抑制的新型径向充磁圆筒式电涡流阻尼器。首先,提出了四种磁路的设计方案,分析了静态磁场的气隙密度分布,并采用瞬态分析方法,讨论了不同方案对阻尼器阻尼系数的影响;最后提出了四种导体的设计构型,并对导体构型进行优化。针对最优构型的阻尼器,搭建了新型径向充磁圆筒式电涡流阻尼器在简谐载荷激励下的试验模型,通过试验与仿真的对比,验证了仿真结果的可靠性,且随着振动频率的增大,阻尼系数有减小的趋势。以期新型径向充磁圆筒式电涡流阻尼器能为输电钢管塔涡激减振提供初步参考。

基于分形天线的输电线路等电位带电作业电位转移电弧电磁辐射特性测量

针对超特高压输电线路等电位带电作业电位转移电弧电磁辐射问题,提出基于分形天线的电磁辐射特性测量方法;设计了性能满足检测要求的4阶Hilbert天线,搭建了输电线路带电作业电位转移电弧模拟试验平台,分析了电位转移电流、电磁辐射信号的变化规律,并获得了电磁辐射信号的频谱特性,同时,考虑了转移电弧特性对其电磁辐射频带的影响。结果表明:导线电压增大时,转移电流脉冲数量和峰值均明显增大;电磁辐射脉冲的变化规律与转移电流脉冲一致,均呈衰减振荡,振荡时间约为1μs;转移电弧电磁辐射信号主要分布在频段10~30 MHz,且频域峰值主要集中在14 MHz附近;转移电弧特性对其电磁辐射频谱分布的影响较小;研究可为智能设备的电磁屏蔽措施奠定基础。

复杂背景中输电线路不均匀覆冰厚度测量方法

为提高输电线路覆冰厚度测量精度,提出一种复杂背景图像中输电线路不均匀覆冰厚度测量的新方法。首先,采用图像灰度化、中值滤波去噪及最大类间方差图像分割法对输电线路覆冰图像进行预处理;然后,结合输电线路覆冰信息和背景噪声的连通域特征,提取复杂背景下覆冰输电线路轮廓;最后,针对局部覆冰厚度不均匀的现象,采用一种垂线逼近的方法获取输电线路的覆冰厚度。实验结果表明,采用连通域参数特征的输电线路目标提取方法可在背景复杂、对比度低的图像中准确提取覆冰输电线路轮廓。对于局部覆冰不均匀的区域,垂线逼近方法明显优于传统的霍夫变换方法,可以显著提高输电线路覆冰厚度测量精度。

保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法

针对输电铁塔三维网格模型简化后出现模型细节特征大量缺失的问题,以QEM算法为基础,提出了一种保持细节特征的输电铁塔三维网格模型轻量化算法。该算法首先确定了输电铁塔三维网格模型中的细节特征定义,然后提出了输电铁塔细节特征提取策略,并且引入细节特征显著因子和顶点近似曲率因子对QEM算法中的简化代价进行优化。实验结果表明,优化后的算法可以有效保留输电铁塔三维网格模型的重要几何特征和细节特征,避免了简化后模型出现大面积的特征缺失问题,并且相较于普通QEM算法,优化后的算法所简化的模型在最大误差、平均误差和均方差上分别至少下降了39.77%、10.64%和64.99%,实现了输电铁塔三维网格模型的高质量轻量化。

考虑时间累积效应的GA-LSSVM输电线路覆冰厚度预测模型

输电线路覆冰现象对电网系统的安全稳定运行影响极大,为精准预测输电线路的覆冰厚度,提出考虑时间累积效应的GA-LSSVM输电线路覆冰厚度预测模型。采用改进的遗传算法优化LSSVM惩罚因子C和核函数参数σ2,建立覆冰厚度增长率预测模型,并在此模型的基础上考虑覆冰厚度的时间累积效应,得到覆冰厚度预测模型。采用实际运行线路的覆冰数据进行验证,所得预测结果的平均相对误差、均方根误差和可决系数分别为0.308 mm、0.323 mm和0.935,相比于其他模型,预测精度显著提高。

滑坡区输电塔线体系风振响应及主客观安全评价模型

滑坡区输电线路在边坡变形和风荷载共同作用下,极易产生断线、倒塔等事故。以滑坡区某输电线路为研究对象,建立2塔3线有限元模型,运用Kaimal谱建立风荷载模型,分析30°、45°、60°、90°风向角风荷载和15种边坡变形组合作用下,塔线体系的动力响应规律,提出应急加固建议。接着运用层次分析法和基于相关性指标权重法(CRITIC)分别确定主客观权重值,采用最小鉴别信息原理获得主客观组合权重,最终通过引入均化系数优化模糊综合评价法,建立塔线体系主客观安全性评价模型,并进行实例应用验证。结果表明:风荷载作用下输电塔线体系承受边坡变形能力总体上明显降低,且随着风向角的增大而减小,最不利于工况为单塔腿沉降叠加90°风向角,相对无风时抗变形能力降低69%。主客观安全性评价模型实例评价结果与实际一致,可用于滑坡区输电塔线体系的安全性评价。

考虑SSI的滑坡区输电塔线体系安全性分析

为探究边坡变形对输电塔线体系安全性的影响规律,以位于滑坡体上的某输电塔线体系为研究对象,采用有限元数值计算方法,考虑塔线耦合作用、土-结构相互作用(SSI)以及边坡变形程度与方向的影响,建立了输电塔线体系整体有限元模型,探究了塔线体系受力特性对边坡变形的响应规律,提出了可用于评估滑坡区输电线路安全性的2个参数,即铁塔塔腿支座位移以及塔腿根开变化值。结果表明:在典型边坡变形作用下,上部塔线体系的失效以第一横隔面以及导线悬挂点附近主材、交叉斜材等杆件的屈服为标志;边坡变形角度对塔线体系失效特征的影响不大,但对其抗边坡变形能力的影响显著;总体来看,塔线体系承受一定倾角边坡变形的能力远小于承受水平地表变形的能力,其中大部分情况下只能承受水平地表变形工况下塔腿支座变形的70%~80%,拉伸变形工况下只能承受水平地表变形工况下塔腿支座变形的60%左右。研究结果对滑坡区输电铁塔的安全防治有指导意义。

酸碱环境下泥岩土石混合体剪切特性研究

【目的】我国中西部地层中泥岩土石混合体分布较为常见,其抗剪强度特性决定着泥岩地基工程及边坡的安全性和稳定性。泥岩土石混合体的抗剪强度特性易受外界酸碱环境的影响,为探究酸碱浓度对泥岩土石混合体抗剪强度特性的影响,【方法】将试样分别置于不同浓度的HCl和NaOH溶液浸泡2 h后,分别在100 kPa、200 kPa、300 kPa围压下开展室内三轴剪切试验,利用扫描电镜观察分析其内部结构特征变化规律。【结果】结果显示:泥岩土石混合体三轴应力-应变曲线与单纯泥岩和土体有明显的区别;随着酸碱浓度的增加,泥岩土石混合体峰值抗剪强度和残余强度均减小,黏聚力呈线性降低趋势,内摩擦角无明显变化;酸性环境下试样峰值抗剪强度、残余强度和黏聚力降幅大于碱性环境。【结论】结果表明:泥岩块石构成新的骨架系统;酸性环境较碱性环境对泥岩土石混合体的抗剪强度劣化效应更显著。研究成果可为泥岩土石混合体地基及边坡的稳定性分析及防灾工程提供参考。

场地相关的非平稳相干函数及其工程应用

依据蒙特卡洛方法和连续小波变换得到非平稳相干函数,采用四阶傅里叶级数拟合非平稳相干函数,分析场地条件和站点间距对参数的影响,验证模型有效性,并合成多点地震动。以一输电塔线体系为研究对象,对比分析了一致与非一致地震激励作用下输电塔最大层间位移角,研究结果表明:①建立的傅里叶非平稳相干函数模型,能够较好地模拟相干函数非平稳特性及场地变化,且拟合精度较高;②场地条件影响傅里叶非平稳相干函数模型的五个参数,站点间距影响傅里叶非平稳相干函数模型的三个参数,应考虑场地条件和站点间距的影响;③与一致地震激励作用输电塔最大层间位移角超出限值的极限峰值加速度相比,非一致地震激励作用下的极限峰值加速度较小,表明输电塔较早发生破坏,输电塔线体系地震响应分析应考虑非一致地震激励的影响。

覆冰舞动下500 kV猫头铁塔损伤分析及改造技术

500 kV猫头塔在中国超高压输电网系统中发挥着重要的作用,但其在覆冰舞动条件下的倒塌事故频繁发生。针对覆冰舞动条件下输电铁塔杆件内力的准确计算问题,首先引入超静定结构的概念,提出了一种基于n次超静定结构的杆塔内力求解方法;然后根据导地线参数推导出了覆冰舞动条件下挂线点的受力情况;最后基于铁塔桁架结构和载荷分布的对称性,将全塔模型简化为1/4模型进行内力计算,并对螺栓组的连接强度进行校验。以500 kV宜兴Ⅰ回线路141#为例,对新方法的计算准确性进行验证。结果表明:内力计算值与仿真值之间的偏差均小于10%;采用新方法能够实现薄弱点的准确定位,并对薄弱点周围的螺栓组采取补强措施。研究结果对今后的舞动区铁塔设计和改造具有一定的指导意义。

基于散射中心的风电机叶片散射电场求解

为降低雷达系统的数据处理量及实现风电机实时目标特征识别,必须寻求风电机叶片散射电场的快速求解方法。针对传统电磁求解算法需处理巨量风电机叶片散射电场数据的问题,突破传统以超大电尺寸目标实体为基本单元进行广域空间电磁散射积分计算的思想,提出了一种基于散射中心的风电机叶片散射电场求解方法。基于非衰减指数和散射中心模型,通过距离-多普勒算法构建风电机叶片的雷达逆合成孔径图像,采用CLEAN算法并结合相关系数提取风电机叶片的散射中心参数集,最终以散射中心产生的散射电场数据等效替代叶片本体的全部散射数据,实现了叶片散射电场的快速求解。以Vestas V82-1.65MW型风电机为例,以矩量法计算结果为基准,文中所提方法计算准确度为93.20%,数据的压缩比达76.81,计算量的数量级比矩量法降低了106。

潮汐地电场对电网GIC计算的影响研究

当前电网地磁感应电流(geomagnetically induced current,GIC)的计算值同实测值之间存在巨大误差,影响地磁暴下GIC的防护工作实施。为获取误差产生的根源,结合GIC和感应地电场的形成机理,提出潮汐地电场(tidal geoelectrical field,TGF)是造成GIC计算误差的重要影响因子。给出了TGF作用电网的可行性求解方法,并推导了GIC在地心坐标系计算中的数学表达式。最后,以甘肃兰州地区为研究对象,通过建立局部电网直流等效模型,采用数值仿真方法计算了TGF引起的电网GIC水平。与同地区其他文献计算结果对比,TGF单独作用下产生的GIC数值最大占比地磁暴期间GIC计算值的18.8%,因此后续进行GIC的求解与分析时,必须考虑TGF的影响。

大电流弧爆激波的改进等离子炬聚束性能研究

具有高温高压特性的大电流弧爆激波,在材料加工与军工领域有着巨大的应用前景。为实现定向热冲击,需要对弧爆激波聚束,通过改进等离子炬,设计了一种聚束原型机。采用等效电弧爆炸的方法,利用Autodyn-2D和高精度多物质求解器Euler-2D对9组设计方案进行数值模拟,分析了原型机的聚束管、管仰角和电极距离等对弧爆激波聚束性能的影响规律。研究结果表明:等离子炬通过加装聚束管改进后,能将弧爆激波射流速度与压强峰值分别提升300%、500%;管仰角γ对出口出处射流速度有很大的影响;弧倾角λ为45°时,聚束波的速度和能量最大;电极距离主要影响弧爆激波速度和压强的变化率。

中压开关柜内部电弧压力升计算--模型简化方法研究

中压开关柜内部电弧故障时有发生,其短时间释放出的巨大能量引起隔室内部压力迅速上升,对设备、建筑物以及工作人员的安全造成了严重威胁。基于零部件规则化和隔室等容积替代的简化原则,提出了开关柜复杂模型简化方法;利用CFD法计算了不同简化模型的压力分布规律,给出了模型最优简化方法;对SCM法与CFD法获得的计算结果进行了对比,分析了两者的差异。结果表明:采用规则化-等容积替代混合方式简化模型获得的结果与原始模型吻合较好,计算时间缩短了约54.39%;当泄压板打开后,隔室内部的压强分布差异较大,采用SCM法获得的结果误差较大,应采用CFD法进行求解。

10kV配电线路带电作业遮蔽用具——绝缘毯温升特性分析

10kV配电线路带电作业过程中,为避免作业人员发生触电事故,需采用绝缘毯等绝缘遮蔽用具对带电体进行包裹遮蔽。通过温度—流体场耦合方法模拟了10kV配电线路带电作业时绝缘毯的温升和散热过程,分析了绝缘毯的材料、长度、厚度、风速和日照强度等对绝缘毯温度分布的影响。结果表明,相同条件下,树脂绝缘毯的温升低于橡胶绝缘毯;绝缘毯包裹厚度的减小和风速的增大对绝缘毯的散热具有一定的促进作用;日照强度升高100W/m2时,橡胶和树脂绝缘毯的温度分别升高0.9、0.8K左右,日照是绝缘毯温度过高的主要因素之一;虽然树脂绝缘毯的散热性能更好,但其熔点较低,在高温重负荷环境下应避免树脂绝缘毯的温度过高。

一种新型结构的盆式绝缘子力学性能研究

为了对一种新型结构直流盆式绝缘子的力学性能进行深入研究,建立了该盆式绝缘子的二维轴对称模型,采用有限元分析方法,选用Mooney-Rivlin模型表征橡胶的超弹性特性,计算不同压力作用下未加橡胶圈和加橡胶圈时盆式绝缘子的应力、应变分布,并利用水压试验测量得到盆式绝缘子在不同压力情况下的周向和径向应变分布规律。结果表明:该盆式绝缘子最薄弱区域位于距离中心嵌件107~200 mm处;加橡胶圈情况下,盆式绝缘子应变的计算值与试验测量值吻合较好,最大误差为6.0%;盆式绝缘子同一测点的径向应变大于周向应变;盆式绝缘子圆周面上直径相同位置的应变、应力大致相同;破裂后,盆式绝缘子表面裂纹呈一定的对称分布。

交流电场下超疏水涂层表面液滴运动特性的体积效应研究

交流电场下超疏水涂层表面液滴的滑动和凝并特性对其污闪特性具有重要影响,为了表征超疏水涂层表面液滴的运动特性,以环氧树脂板为基底利用喷涂法制备了超疏水涂层,测量了均匀电场下超疏水涂层表面不同体积液滴的临界运动场强,并利用基于图像的目标跟踪方法绘制了不同体积液滴的运动轨迹;最后通过仿真计算和理论推导,分析了交流电场下液滴运动机理以及体积对液滴临界运动场强和运动速度的影响。结果表明:液滴体积对其临界运动场强的表现出明显的“体积效应”,0~100μL液滴的临界运动场强在体积为40μL出现一极小值;液滴体积对其临界运动场强影响主要与电晕起始场强和电荷积累量有关;而液滴平均运动速度与体积呈负相关,100μL液滴的平均运动速度较10μL减小了66.7%。