基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测

为解决大容量、大跨越输电用碳纤维导线由于隐蔽性缺陷无法检出而导致频繁断线的问题,提出了一种基于光纤传感技术的多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷检测方法。该方法通过搭建导线运行环境并模拟导线运行工况,采用基于分布式光纤布里渊散射的时域反射技术,检测碳纤维导线的温度和应变分布情况,并结合光时域反射技术,检测碳纤维导线中光纤的损耗情况。经过综合对比分析,获取可表征多股碳纤维缺陷隐蔽性缺陷的光纤温度、应变、损耗等信号特征量,并构建神经网络模型,将各信号特征量作为模型输入,通过模型训练确定模型内各权系数,使其能够有效地检测多股碳纤维复合芯导线隐蔽性缺陷。实验结果表明,该方法可有效获取各类光纤信号特征量,并且能够准确地检测各类导线隐蔽性缺陷,具有重要的实际应用价值。

新型抗冰雪耐候平行集束架空电缆研制

为解决严苛环境下,尤其是北方冰雪环境下,架空线路面临的抗冰雪性能弱、承载能力不足及机械强度低下等问题,设计了新型抗冰雪耐候平行集束架空电缆。采用高强度平行集束结构和抗冰雪设计,导线横断面设计为类机翼结构,绝缘层与连筋在上表面形成相切的平面或微弧形接触面,并将加热元件嵌入连筋下方,有效减少冰雪在导线表面的附着,显著提高了融冰效率。同时,针对圆形导体的局限性,设计了铝合金异形导体及其加工工艺,结合型线分层微压缩绞合技术,将紧压系数提升至97%以上,外径缩小约5%,成本节省约1.5%,抗拉强度提高30%以上,显著提升了架空线路在复杂条件下的综合性能。研制的产品为复杂地理环境和气候条件下的电力输送提供了高效、经济且耐用的解决方案,对提升架空线路的整体性能具有重要意义。

计及断股角度的高压输电导线钢芯漏磁场矢量计算与分布规律研究

针对现有钢芯断股漏磁场的研究中只考虑断股的长、宽、深等几何参数,鲜见涉及股线断口角度对漏磁场影响的问题,建立钢芯漏磁检测装置的三维有限元模型,分析12种断股角度工况下漏磁矢量B_(x)、B_(y)与B_(z)的分布规律,并将3种矢量进行对比,得到对断股最敏感的矢量方向。结果表明,矢量B_(x)和B_(y)呈多峰形态,且以断股角度90°为分界点,正负峰分布特征相反,而矢量B_(z)在断股角度90°时因断股宽度影响出现多峰,其他工况均为单峰形态。对比各矢量峰值发现,矢量B_(x)和B_(y)在各工况下正负峰值均较为相近。矢量B_(z)峰值远大于B_(x)和B_(y)峰值,断股角度90°时差值最大,B_(x)与B_(y)正峰值分别仅为B_(z)正峰值的4.5%和2.2%,负峰值绝对值仅为B_(z)正峰值的1.5%和2.9%。矢量B_(z)对钢芯断股最敏感,霍尔元件应垂直于导线表面布置以拾取矢量B_(z),此时漏磁信号检测最为有效。

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。

绞合型导体结构提升产品性价比设计思路

铜材以其资源丰富、化学性质稳定、易于加工和综合性价比较优等特点,常被应用于电线电缆导体。最近两年,受新冠疫情和国际贸易整体下行影响,铜价居高不下。为了减少项目投资成本和提升市场竞争力,终端用户和线缆制造企业都在持续进行节支降耗等相关工作,倒逼铜导体制造方持续加大对导体结构的优化设计。电线电缆导体可分为实心和绞合两种类型:前者因铜材经过拉丝加工后即为导体成品,其结构相对简单;后者因涉及原材料性能变化、绞合方向确定、实际节径比、单线延伸率、紧压系数的实现等多项参数影响,可能出现材料耗用与技术特性并不呈现规律性变化的情况,因此通过结构设计进行性能优化的空间更大。

外层铝线松股对钢芯铝绞线发热的影响

为研究架空钢芯铝绞线的外层铝线松股对电流分布、欧姆损耗及架空导线温度的影响,对LJG-300/40型钢芯铝绞线建立三维有限元模型,将模型分别设定为未松股、最外层铝线松股和外2层铝线松股的场景,分别进行电磁场仿真和自然对流条件下的温度场仿真。分析结果表明:最外层及外2层铝线松股时,整个导线横截面的电流分布发生变化,钢芯中通过的电流增大,导线的欧姆损耗增大;在自然对流条件下,导线松动的程度会影响散热速度和导线温度,外层铝线松股时会使钢芯铝绞线温度上升。

张力放线施工工艺因素对导线松股的影响及其风险评价

导线松股一直是困扰输电线路张力放线施工质量和安全的难题,工程中缺乏有效的定量分析及评价方法。针对上述问题,基于导线过滑车几何关系和有限元理论建立张力放线导线松股仿真计算模型,以JL1/G3A-1250/70-76/7导线为研究对象,从张力放线施工工艺角度考虑导线张力、过滑车包络角、滑车槽底直径、轴向扭矩、导线周向翻转角及过滑车偏斜角等施工工艺因素,设计28组计算工况,结合导线松股变形定量描述指标分析各因素对导线松股的影响。结果表明,滑车槽底直径和导线轴向扭矩为导线松股发生的主要因素,而其余因素会影响松股变形的趋势。在此基础上,采用多项式组合权重建立导线松股风险评价模型,通过2个典型工程案例的导线松股风险计算,验证该模型的有效性。进一步将其应用于新建工程项目导线松股风险预测,得出放线区段松股风险大小以及不同工艺因素对放线松股的影响比重,对有较大松股风险的方案,指出其造成松股的原因和改进的方向。

紧压圆形导体绞合模座距离工艺计算方法探讨

针对紧压圆形绞合导体电阻测量时波动较大的现象,基于导体绞合结构及导体绞合工艺,提出了紧压圆形导体绞合模座距离工艺参数的计算方法,并进行试验验证,得出导体最佳绞合模座距离的计算公式,可为提升电缆产品质量提供参考。

光纤多股集束型碳纤维复合芯导线耐张线夹的研制

针对光纤多股集束型碳纤维复合芯导线的结构特点,采用液压式压接方法开发了配套金具耐张线夹,研究了影响耐张线夹握力和光纤光传输性能的因素。在结构设计上,该耐张线夹的钢锚有光纤通道,芯棒衬管采用多孔结构设计,具有受力均匀,握力大、兼顾光纤保护的突出优势。试验表明压接长度、液压压力、结构尺寸和搭接长度对耐张金具的握力和光纤光传输性能有重要影响,通过优化结构和压接参数,该配套金具可以与导线有效连接,具有较高的握力,且保证芯棒内植光纤的光传输性,这对于光纤多股集束型碳纤维复合芯导线的推广应用具有重要的意义。

铝包钢芯耐热铝合金型线绞线在500 kV输电线路中的应用

文章结合广东某500 kV输电线路增容改造工程,对常用的增容导线进行综合比选分析,通过对4种增容导线的载流量、弧垂特性以及经济性进行分析比较,在500 kV线路工程中增容量达到50%时,铝包钢芯耐热铝合金型线绞线的载流量和弧垂均能满足线路增容要求,而且经济效益最优。

负直流下绞线电晕起始电压分析

电晕放电是输电线路设计和运行中面临的突出问题,电晕放电产生的能量损耗和无线电干扰、可听噪声干扰是线路设计和运行中需要考虑的重要因素。为求解绞线负直流电晕起始电压,采用模拟电荷法计算绞线表面电场,并利用气体放电理论建立模型。绞线表面电场比同等半径的光滑导线要高,利用绞线模型计算电场更接近于实际导线。电晕起始电压计算模型将初始电子崩能否在阴极表面产生一个自由电子触发二次电子崩的发展作为电晕起始电压的判据。利用电晕起始电压计算模型研究了负直流电晕起始电压与气压的关系,电晕起始电压随气压下降减小,主要原因是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大。并研究了电晕起始电压与线路导线结构参数———导线半径、线路对地高度、导线分裂数、分裂间距等的关系。

高海拔条件下钢芯铝绞线的正直流电晕起始电压分析

电晕放电是输电线路设计和运行中面临的突出问题。电晕放电产生的能量损耗和无线电干扰、可听噪声干扰是线路设计和运行中需要考虑的重要因素。为此,研究了气压湿度等对正直流输电线路电晕起始电压产生的影响。输电导线大多采用单根导线或分裂的钢芯铝绞线,要计算导线电晕起始电压,绞线的表面电场需要得到准确计算。采用一种新的模拟电荷布置方法精确计算绞线表面电场,模拟电荷的布置考虑绞线表面的影响,绞线相比于光滑导线表面场强增大了约40%。利用气体放电理论中计算表面光电子数目的方法计算不同气压湿度下的导线电晕起始电压。结果表明新的模拟电荷布置方法计算出的表面电场和电晕起始电压更精确,避免了表面粗糙系数m的影响,电晕起始电压随气压下降、湿度升高而减小,主要原因分别是有效电离系数增大导致的电离区域的扩大和高场强区域内碰撞电离能力的增强。

基于无人机图像的输电线断股与异物缺陷检测方法

为提高无人机(UAV)巡检输电线路的效率,提出一种基于线结构感知的输电线断股与异物缺陷的检测方法。由于无人机巡检的图像受背景纹理及光线影响较大,采用能检测线宽度的水平与垂直方向的梯度算子提取巡检图像上的线对象,进而研究感知定律中的共线性、近似性、连续性的计算,将断续线段连接成长的线段,通过长线段的平行性计算,识别出输电线路结构中显著的平行导线组。为识别导线上安装的防振锤与间隔棒连接部件,提出一种基于局部轮廓特征的形状部件识别方法。在识别出这些连接部件的基础上,对导线进行分段分析,计算分段导线的宽度变化、灰度相似度来检测导线上的断股与异物缺陷。通过对无人机巡检采集的输电线路图像的测试,验证了这种方法在复杂的背景条件下能有效地检测导线上断股与附着异物缺陷。

不同海拔高度下单根绞线的负直流起始电晕特性分析

导线起始电晕电压是输电线路设计、运行中需要考虑的重要问题,在高海拔地区这个问题更加突出。由于极性效应,对于同一电极结构,负极性要先于正极性产生起始电晕。为此,对绞线负极性起始电晕特性进行了分析,采用绞线电场强度E的计算方法,计算了不同E/p值下空气中的碰撞电离系数α、附着系数η。采用相应起始电晕判据,计算了不同海拔高度H下LGJ-300/25绞线起始电晕电压。在武汉(H=23m)、格尔木(H=2829m)、纳赤台(H=3800m)开展实测。将试验结果和计算结果进行对比,二者符合较好。分析结果表明,在输电线路工作地区,随着海拔高度H上升、气压p下降,绞线起始电晕电压呈线性下降趋势,海拔每升高1000m(气压下降9.47kPa),则绞线负极性起始电晕电压下降约8%。

基于优化Gabor滤波器的输电导线断股图像检测

输电导线在运行中可能发生损伤、断股现象,对其进行及时检测和诊断对于保证电网的安全运行具有重要意义。现代输电线路状态检修一般采用直升机或者巡线机器人搭载视频检测装置的方式。文中提出应用Gabor滤波器对输电导线视频图像数据进行处理,实现输电导线断股的图像检测,即通过计算完好导线图像与滤波器卷积能量的输出响应、应用小生境遗传算法寻找最优的Gabor滤波器参数和分割阈值,最后通过检测图像的滤波和能量的二值化处理得到检测结果。实验结果表明,该算法能够较好地提取输电导线断股处的故障信息,具有适用性广、识别能力强、检测速度快等优点。

输电线路钢芯铝绞线股线力学特性研究

鉴于钢芯铝绞线股线应力分析是研究导线力学特性的基础,在考虑钢芯铝绞线结构特性的情况下,通过ANSYS软件建立了完整的钢芯铝绞线模型,并对钢芯铝绞线模型施加适当的边界条件分析了股线的应力应变分布情况。结果表明,钢芯铝绞线股线应力水平和应变程度与其结构性能有关,所有铝股线中最外层铝股线承担更多的应力,且首先进入塑性应变阶段。

混合凇覆冰对导线起晕电压的影响研究

混合凇覆冰会在导线表面生长雾凇及雨凇混合体,使导线表面电场出现畸变并影响电晕起始特性;目前国内外已针对导线覆冰进行了大量研究,但大多采用铝管来模拟实际导线,且尚未深入分析混合凇对起晕电压的影响。在低温低气压实验室内完成4种钢芯铝绞线的混合凇覆冰及其交流电晕试验,利用紫外成像仪及曲线拟合法对起晕光子数进行测量分析,并建立有限元模型计算冰面场强。结果表明:混合凇会导致绞线起晕电压出现跌落;覆冰程度的增加会使得导线起晕电压持续下降但速度逐渐减慢并趋于饱和;相同覆冰时间内,较粗导线起晕电压相较细导线会更高;不同覆冰水电导率对混合凇形态及导线起晕电压没有明显的影响。

直流正极性下绞线电晕起始特性及影响因素分析

电晕是输电线路设计和运行中需考虑的重要问题之一。在多功能人工气候室内通过改变气压和湿度对3种不同直径钢芯铝绞线及光滑铜管进行正直流电晕试验,同时结合气体放电理论建立导线电晕起始放电模型以系统分析导线电晕起始特性影响因素。将试验数据和计算结果进行对比,两者吻合较好。电晕起始电压随相对空气密度下降、绝对湿度升高而减小,其主要原因是空气密度降低导致电离层厚度增大、湿度升高引起光子吸收系数增大及高场强区域内碰撞电离能力增强。此外,电晕起始电压随绞线半径增大和最外层股数增加而升高并呈现饱和趋势。文中还根据计算结果对绞线粗糙度系数与绞入率(绞线最外层铝线直径与绞线外径之比)的关系进行了探讨,从理论上得到表征绞线粗糙度系数的数学表达式。

架空钢芯铝绞线参数对其表面电场的影响规律

导线最大表面电场与高压直流输电线路电磁环境水平密切相关,研究架空绞线参数对其表面电场的影响规律,有益于工程设计和环境保护。为此,给出了一种计算绞线表面电场的方法,使用绞线表面电位和切向电场分量验证了计算方法的有效性。使用该方法得到的计算结果表明:绞线外层铝线最突出的顶端处电场较大;单根绞线最大表面电场约为相同外径光滑导线的1.4倍,外径的变化基本上不会影响绞线表面电场的变化规律;对于分裂绞线,其每一子导线最大表面电场的变化规律与单根绞线的基本一致。

220kV钢芯铝绞线断股事故化学分析

针对220kV钢芯铝绞线断股事故,进行了铝绞线腐蚀产物的成分分析,分析了引起腐蚀的原因,指出应重视化学监督在电网中的作用。