输电线路综合除冰技术与冰覆检修的研究

输电线路冰覆是影响输电系统安全运行的重要因素之一,为了有效防止和消除冰覆对输电线路的危害,需要对输电线路进行定期的检修和断冰。本文针对输电线路冰覆的特点和机理,建立了输电线路冰覆的动态模型和仿真系统,分析了输电线路冰覆的形成过程和影响因素,探讨了输电线路冰覆的检测方法和断冰技术,提出了一种基于机器学习的预测输电线路冰覆和优化断冰技术的方法,通过仿真实验验证了该方法的有效性和优越性。

架空线路防冰覆涂料的喷涂装置及其喷涂方法

防冰覆涂料在实际喷涂作业采用人工方式,使用气压式喷雾器在吊车的配合下进行近距离喷雾作业,存在人工作业速度慢、效率低。施工成本高等缺点。本次要解决的技术问题是提供一种架空线路防冰覆涂料的喷涂装置及其喷涂方法,该装置结构简单,喷涂效率高,喷涂过程中在相对封闭的环境中进行,避免了涂料的损失、涂料对环境的污染,无需吊车设备的配合。

垭口微地形下档内线路不均匀覆冰研究

明确垭口地形因子对垭口输电线路覆冰的影响规律,对山区输电线路的差异化防冰非常关键。该文基于水文分析中反地形理论提出山腰垭口,建立垭口风场数值模型,并通过风洞实验验证该模型。依据垭口风场分布,选定3类垭口线路的架设路径,得出垭口线路的风速区间。将初始状态下导线单次覆冰冰层厚度不得超过线径的7%作为覆冰步长取值依据,循环计算流场、粒子传输模型、热力学方程得出线路风速区间内导线的覆冰情况,进而得出垭口线路的冰荷载曲线,山腰、山脉、双山垭口线路冰荷载曲线在弧垂区分别出现了弯折、下行、下凹的走势。通过野外垭口线路自然覆冰实验,验证了覆冰计算的有效性,证实横跨垭口线路的不均匀覆冰性,不均匀覆冰规律与计算冰荷载曲线类似。计算不同地形因子组合下3类垭口的冰荷载曲线,并提出最大应力比概念,作为评判覆冰所引起线路事故可能性的标准,量化了不同垭口地形因子与线路最大应力比之间的关系。

基于LCPSO与异构集成学习模型的输电线路覆冰等级预警方法

基于Φ-OTDR的分布式光纤传感技术,通过分析OPGW中光纤的振动特征,可以实现输电线路全线路、全天候的在线健康监测。采用Φ-OTDR采集了无覆冰、1级覆冰和2级覆冰3种工况下的振动信号,充分挖掘了相位和幅值信号的时域、频域、时频域特征及其对应的统计学特性。为提升覆冰工况的识别准确率,提出基于LCPSO-AdaBoost-MCG的最优特征子集选择算法,以AdaBoost-MCG的分类错误率为适应度函数,采用LCPSO算法迭代计算最优特征子集。采用AdaBoost集成SCN、KNN、PNN、SVM 4种弱分类器,构成了异构强分类器,利用每种弱分类器的优势,提高了模型泛化性能和识别准确率。经现场数据集验证,本文方法对覆冰等级的识别准确率达到了98.7%。根据本文确定的最优特征子集,可以构建覆冰等级预警特征库,为输电线路智能巡检提供有益参考。

基于旋转圆柱三电极阵列的覆冰测量方法

覆冰严重会影响电网安全稳定运行,输配电装备的覆冰监测是电网冰灾防御的前提。为此,基于冰层的电容效应提出一种旋转圆柱三电极阵列覆冰测量方法。首先,推导电容值与覆冰厚度计算公式,从理论上说明该方法的可行性;其次,建立圆柱三电极阵列有限元模型并对其结构参数进行有限元数值计算;再次,以信号强度、灵敏度与穿透深度为评价指标对圆柱三电极阵列选取合适参数;最后,在野外自然环境下对旋转圆柱三电极阵列覆冰测量装置进行试验。仿真和试验结果表明,在穿透深度以内,旋转圆柱三电极阵列能够较为准确地测量覆冰厚度、分辨覆冰类型。在雨凇、混合凇覆冰条件下,覆冰电容值平均误差最大为4.83%,能够满足覆冰厚度的测量要求。该文为输配电装备覆冰监测提供了一种新型装置与测量方法,未来有望应用于架空线路覆冰在线监测。

覆冰条件下风力发电机叶片防/除冰方法综述

覆冰地区的风力发电机叶片覆冰会导致功率损失,及时预防和治理叶片覆冰灾害,有助于保障风力发电机的安全、稳定与可靠运行。该文综述了覆冰条件下风力发电机叶片防/除冰方法的研究现状。首先,介绍了叶片覆冰的机理及覆冰特性,总结了叶片覆冰对其升力系数与阻力系数、功率损失的影响,分析了当前面临的挑战;其次,对现有叶片主动防/除冰、被动防冰及协同防/除冰方法的原理及其优缺点进行了评述,并进行了全面的对比分析;最后,从整体角度对叶片覆冰的关键科学问题及其经济可行性进行了分析,给出了未来的研究趋势,认为电热法、电脉冲法、气动脉冲法、疏冰涂层和含有电热功能的协同防/除冰方法在风力发电机叶片上极具应用前景。

导线倾角与覆冰过程扭转因素对覆冰形状特性影响研究

输电导线覆冰严重威胁电网运行安全,准确预测导线覆冰形状和增长趋势,可以有效预防次生灾害的发生.已有输电导线覆冰增长预测模型较少考虑覆冰偏心扭转对导线表面覆冰形状的影响.为此,综合考虑覆冰偏心、风速等对导线的耦合扭转特性,建立输电导线动态扭转覆冰预测模型.基于预测模型对导线表面覆冰形状进行预测模拟并与文献实验数据对比,验证了模型的有效性.利用预测模型,进一步讨论导线倾角及温度、风速和MVD(水滴中值直径)对冰形和扭转速度的影响.研究发现,导线迎风面覆冰厚度随着倾斜角度的增加,分层现象逐渐明显.与水平布置(零倾角)导线对比,倾斜角度为60°时,导线覆冰面积分别增加18.26%(覆冰125 min)、26.30%(覆冰245 min),扭转角度分别增加10.4°(覆冰125 min)、16.2°(覆冰245 min),冰形呈“沟壑”状.

基于LeNet5like的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断研究

针对海上风电场和高海拔地区风机机组的叶片覆冰故障模型精度低、建模速度慢等问题,提出一种基于LeNet5like的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断方法。首先,整合监控和数据采集系统的记录数据与风机覆冰情况进行预处理,建立训练数据集;其次,基于改进后的LeNet5like网络构建覆冰故障诊断模型,提取数据集中多变量间的相关性特征信息;然后,经网络参数微调迁移学习对模型进行训练,实现对其他风机覆冰故障诊断模型的快速建立;最后,经实验验证,该模型覆冰故障诊断准确率为98.90%,较无迁移模块网络训练时间缩短28 s,提升约15.91%,验证了基于LeNet5like的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断方法的精确性和快速性。

基于VMD-SSA-LSTM的架空输电导线覆冰预测模型

针对输电导线覆冰过程间断性强且波动性大而导致的现有模型预测精度不高的问题,从覆冰厚度数据的时序信息和气象信息出发,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)的麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化长短期记忆网络(long short-term memory network,LSTM)的覆冰组合预测模型.该方法首先使用VMD分解覆冰厚度数据,降低了原始序列的不稳定性,得到具有不同中心频率的本征模态分量;其次,采用SSA算法对LSTM中的3个参数进行寻优;最后,对模态分量分别建立LSTM预测模型,将各个模态分量的预测值叠加为覆冰厚度的总预测值.通过实例仿真,对所提预测模型进行验证.结果表明:VMD-SSA-LSTM组合模型与其他模型相比,其预测精度有进一步提高,验证了所提方法的有效性.

基于IHHO-HKELM输电线路覆冰预测模型

为了进一步提高输电线路覆冰预测精度,提出一种基于改进哈里斯鹰算法(improved harris hawk optimiza-tion,IHHO)优化混合核极限学习机(hybrid kernel extreme learning machine,HKELM)的输电线路覆冰预测模型。在核极限学习机(KELM)中引入混合核函数,形成HKELM,利用黄金正弦、非线性递减能量指数和高斯随机游走等策略对IHHO算法进行改进;以IHHO算法的优化性能采用其对HKELM的权值向量和核参数进行优化,建立基于IHHO-HKELM的输电线路覆冰预测模型,并通过计算气象因素与覆冰厚度之间的灰色关联度确定覆冰预测模型的输入量。算例分析结果表明,IHHO-HKELM模型预测结果的均方误差、最大误差和平均相对误差分别为0.285、0.860 mm和2.83%,预测效果好于其他模型,将本文覆冰预测模型应用于其他覆冰线路,可获得良好的应用效果并验证模型的优越性和实用性。

基于IDBO-LSSVM的输电线路覆冰厚度预测模型

针对输电线路受多种气象因素影响导致覆冰厚度预测精度低的问题,提出基于改进蜣螂优化(improved dung beetle optimizer,IDBO)算法优化最小二乘支持向量机(least square support vector machine,LSSVM)的输电线路覆冰厚度预测模型。首先,使用皮尔逊相关系数(Pearson correlation coefficient,PCC)计算输电线路覆冰厚度与不同气象因素之间的相关性,选择具有高相关性的气象因素以确定输入变量;其次,通过引入Halton序列、Levy飞行策略和T分布扰动来改进蜣螂优化(dung beetle optimizer,DBO)算法;最后,使用IDBO算法寻优LSSVM参数:调节因子、核函数宽度,提高模型预测精度。以某地输电线路历史监测数据为样本,将IDBO-LSSVM的输电线路预测结果与其他7种预测模型进行比较,发现平均绝对误差分别降低了约27%、36%、25%、23%、24%、44%和39%。该研究证实了基于IDBO-LSSVM的输电线路覆冰厚度预测模型可以有效提高预测精度。

覆冰厚度对气动脉冲除冰效果影响的数值仿真与试验验证

叶片结冰影响风力发电机的安全稳定运行,现有的叶片热力除冰、涂料防冰技术分别存在能耗高、耐候性差等问题,均无法大面积推广应用。受飞机机翼气囊除冰方法启发,该文提出一种新结构式的气动脉冲除冰方法。利用Abaqus商业软件对该方法的简化模型进行除冰过程的数值仿真,对比分析了不同脉冲充气气压下覆冰厚度对除冰效果的影响。同时,通过人工覆冰与除冰试验,对仿真结果进行验证。仿真与试验结果表明:在低充气气压下,冰层越薄越容易破碎脱落,覆冰厚度的增加有利于提升低充气气压下的脱冰率;在相同充气气压下,冰层厚度的增加可以降低结构表面形变。

风机叶片新型耐磨超疏水涂层的防覆冰性能研究

风力发电机叶片在服役过程中经常会受到覆冰影响,超疏水材料由于其特殊的湿润性,在防冰领域具有较大的应用潜力。基于此,以风力发电机叶片为基底,在其表面旋涂由环氧树脂(EP)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)和改性的SiO2等配制的无氟悬浮液,固化后制得耐磨防冰的超疏水试样。采用扫描电镜、红外光谱仪和接触角测量仪分别对超疏水涂层的微观形貌、成分组成和疏水性能进行研究。结果表明:超疏水涂层的接触角为166.65°,滚动角为2.5°。相比于无涂层风机叶片,涂层在-10℃和-15℃延长结冰时间40%左右,并且涂层结冰后冰层的粘结强度明显小于风机叶片的。涂层在800目砂纸上磨损10 m后接触角为150.5°。制备的耐磨超疏水涂层具有超疏水效果和良好的防冰性能。

复合绝缘子无溢流覆冰增长数值模拟及自然覆冰试验验证

绝缘子覆冰对电力系统的安全可靠运行构成了严重威胁。目前,主要从试验角度定性解释伞裙结构对绝缘子覆冰形态、覆冰量的影响,少有基于覆冰增长机理的冰形数值模拟研究。因此以FXBW-35/70为研究对象,基于流体力学和热力学原理,计算分析了绝缘子表面冻结系数和对流换热系数的变化规律,建立了绝缘子无溢流覆冰增长三维数值模型,并进行了自然覆冰试验验证。结果表明,冻结系数随着温度、水滴直径和液态水含量的升高而降低;对流换热系数随着风速的增大而增大。绝缘子无溢流覆冰增长方向与位置有关,杆径覆冰主要沿径向增长,而伞裙边缘覆冰沿径向和轴向2个方向增长。模型计算得到的绝缘子覆冰特征参数与试验的误差均在15%以内,验证了模型的有效性。

基于多维参量分布式光纤传感的架空输电线路覆冰监测技术

对比总结了典型DOFS技术的基本原理与系统结构,对现有输电线路覆冰监测技术发展现状进行介绍。在此基础上提出了一种多维参量分布式光纤传感技术,能够实现对线路的应变、温度、振动、衰耗等状态参数进行分布式的实时监测。与现有的单参量、双参量传感监测方案相比,使用多维参量方案对线路进行融合感知,可以有效提高监测的准确度,降低误判率、误报率,为输电线路的安全稳定运行提供重要保障。

基于零序无功电流柔性调控的配电网覆冰线路不停电在线融冰方法

提出采用两台级联H桥变流器(cascadedH-bridge converter,CHBC)柔性调控配电网零序无功电流,实现覆冰线路不停电在线融冰。两台CHBC分别串接在覆冰线路首端和末端的接地变压器。通过末端CHBC在绝缘允许范围内调控配电网零序电压,产生的零序对地电容电流作为融冰电流流过三相覆冰导线,实现较单相接地短路电流融冰更佳的效果。通过首端CHBC调控配电网对地电容电流,实现融冰电流大小的任意调节。所提方法无需做单相接地短路,能够精准调控融冰电流,实现三相线路同时融冰。CHBC与配电网仅存在无功交互,节省了直流稳压电源容量,且功率交互之和为零,不影响配电网正常供电电压,全网负荷无需停电。仿真和实验结果验证了所提方法及控制方案的可行性和有效性。

输电线路单导线自由扭转覆冰动态仿真研究

输电线路冰灾长期威胁电网安全稳定运行,结合输电线路实际覆冰情况,建立准确的输电线路覆冰增长模型对电网冰灾防御具有重要意义。但现有的输电线路覆冰增长模型多忽略了输电线路自由扭转覆冰过程。该文基于野外自然环境下输电线路单导线自由扭转覆冰的观测结果,建立了反映导线自由扭转覆冰动态过程的仿真分析模型。在重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站开展GJ50导线自由扭转覆冰实验,将实验结果与数值仿真结果进行对比分析。结果表明:导线扭转角度和单位覆冰质量沿单导线中心点对称分布;仿真获得的导线覆冰形状与实际情况吻合;导线扭转角度和单位覆冰质量仿真值与测量值误差平均值均在10%以内。

覆冰严重塔位挂点金具、绝缘子受损原因及整改措施

特高压输电线路在我国能源电力战略中起着至关重要的作用。输电线路中的挂点金具、绝缘子等电气设备损毁而造成电力系统瘫痪的情况不在少数。基于新东直流工程实例,从线路覆冰、导线舞动、脱冰跳跃等多个方面分析挂点金具及绝缘子受损原因,同时针对不同的损伤类型给出了相应的整改措施及建议。

紊流随机风场下多相多分裂覆冰输电导线舞动的相间闪络概率评估

针对覆冰输电导线在紊流随机风场中舞动的相间闪络问题,提出了一种多相多分裂覆冰导线舞动的相间闪络概率评估方法。首先,通过生成覆冰导线在紊流随机风场中舞动时的随机风荷载,结合多相多分裂覆冰输电导线有限元模型对紊流随机风场中的导线舞动响应进行模拟;其次,通过等价极值分布法构建了多相多分裂覆冰输电导线舞动时的相间闪络失效准则,基于概率密度演化法发展了一种多相多分裂覆冰导线在紊流随机风场中发生非同步舞动的相间闪络概率评估框架;最后,对某单跨三相四分裂覆冰输电导线算例进行分析。结果表明:1)不同相对位置的覆冰导线相间闪络概率评估结果差异明显,并且相较稳态风场情况,紊流随机风场作用下的各相导线相间闪络概率密度曲线峰值位置左移,峰值存在明显的降低;2)随着紊流度的增加,各相覆冰导线在紊流随机风场中舞动时更易发生相间闪络;3)该跨覆冰导线的相间闪络概率随平均风速的增加呈现先升后降的变化趋势,不同初始风攻角工况的各相导线相间闪络概率差异明显。

正极性直流电场对绝缘子雾凇覆冰的影响机理及覆冰试验验证

复杂大气环境下绝缘子覆冰是影响电网安全运行的关键科学问题。与交流相比,直流电场对荷电水滴具有较强的吸附作用,但鲜有研究涉及。基于场致荷电、流体力学和电磁学原理,对两种典型悬式绝缘子开展了电场-流场耦合仿真分析以及自然覆冰试验研究。结果表明,荷电水滴在直流电场中趋向于沿电场线运动,且其轨迹偏移量随着外施电压和水滴直径的增加而增大,而随着风速的增加而减小;直流电场下绝缘子表面产生冰树枝,不同绝缘子表面法向电场分量存在较大差异,进而影响冰树枝的生长特性;随着外施电压的升高,冰树枝逐渐从绝缘子伞裙边缘扩散至其表面,且冰树枝尖端逐渐变钝;带电情况下两种绝缘子覆冰量和覆冰长度大于不带电情况,且增长幅度均超过15%。研究结果对于建立带电绝缘子覆冰增长模型奠定了基础。