基于随机森林算法的异常发热复合绝缘子分类模型

不同类型异常发热复合绝缘子对应的检修决策、应急处理手段各不相同,因此迫切需要建立复合绝缘子异常发热类型识别方法。该文分析了表面积污、护套老化受潮和芯棒酥朽发热复合绝缘子的表面中轴线温度曲线,并定义了7个温度特征量对复合绝缘子异常发热状态进行表征。此外,该文提出了基于随机森林算法的异常发热复合绝缘子分类型模型,并使用现场和实验室拍摄的异常发热复合绝缘子红外图像构建温度特征量样本集。采用SMOTE算法对芯棒酥朽复合绝缘子温度特征量进行数据增广、10折交叉验证选择决策树个数。模型测试结果显示,表面积污、护套老化受潮和芯棒酥朽复合绝缘子的分类精确率均在85%以上。

环氧复合绝缘内部缺陷超声自动检测系统

环氧复合绝缘子密度不均匀和内部集中缺陷严重威胁着气体绝缘金属封闭开关设备(gas insulated metal-enclosed switchgear, GIS)的安全运行,目前超声检测方法存在缺陷检测不直观、效率低等问题。针对此,基于超声反射原理研制环氧复合绝缘材料内部缺陷超声自动成像系统。首先采用小波分析对非重复性超声回波信号进行降噪;然后对回波波形的相邻波峰时间差、电压峰值和电压相邻波峰间的零信号时间进行特征融合识别,得到试样缺陷的位置-超声特征数据集;最后实现环氧复合绝缘缺陷超声自动成像。分别用本文检测系统和传统检测方式对密度不均匀和不同深度、取向裂纹的环氧复合绝缘试样进行检测和对比分析。结果表明:该系统与质量体积法测量的局部密度误差小于4.8%;内部集中性缺陷检测结果和缺陷原貌具有一致性;检测效率较传统人工超声检测提升近6倍。该系统实现了环氧复合绝缘材料的内部集中缺陷和密度不均匀检测的统一,在绝缘子出厂试验和故障分析缺陷定位方面较传统人工检测方式在检测效率和直观性上具有一定优势。

水分侵入下复合绝缘横担FRP/RPUF界面的老化特性研究

为研究水分侵入下复合绝缘横FRP/RPUF界面的老化特性,制备了FRP/RPUF界面试样,采用湿热老化方法加速水分在FRP/RPUF界面中的侵入与破坏进程;通过吸水率、剪切强度及泄漏电流测试结果,结合SEM、FTIR和TGA等表征技术,分析水分侵入下担FRP/RPUF界面的老化特性。结果表明:水分侵入会使FRP/RPUF界面受潮塑化,并使界面剪切强度降低、泄漏电流增大,但上述破坏作用会随着水分散失而减弱;水分还会使FRP/RPUF界面材料发生水解反应,造成局部缺陷,同时使杂质离子增多,进一步破坏界面的力学性能与电气性能。

鸟啄损伤对复合绝缘子运行性能的影响研究

复合绝缘子因其性能优越得以在电网领域广泛应用,目前由于鸟类数量增加,鸟啄复合绝缘子的情况日益严重,鸟啄后绝缘子结构遭到破坏,会造成电网线路故障,因此本文研究鸟啄损伤对复合绝缘子性能的影响,为电网运维管理提供参考。首先通过试验对复合绝缘子鸟啄后机电性能进行分析;然后通过人工模拟鸟啄伞裙损伤来研究不同受损占比、不同受损数量对复合绝缘子沿面电场强度与污闪电压的影响;最后开展复合绝缘子护套电蚀损实验、酸浸实验、热老化试验,评估护套损伤对复合绝缘子性能的影响规律。结果表明:鸟啄后复合绝缘子结构遭到破坏,其电气性能、力学性能和防污性能都受到影响,同时护套损伤后,在局部场强、水分、酸、放电产热、机械应力等诸多因素共同作用下,芯棒材料劣化降解,芯棒力学性能下降,存在复合绝缘子异常断裂的风险。

复合绝缘子交流盐雾闪络的可见光判据研究

绝缘子闪络事故一旦发生,严重危害电网安全运行。为探索放电检测和电弧发展成闪络预警的新方法,采用图像处理技术研究复合绝缘子交流盐雾闪络过程中不同阶段的电弧演化特性,提出复合绝缘子表面放电和电弧发展成闪络的可见光判据。首先进行10 kV复合绝缘子交流盐雾闪络试验,拍摄黑暗背景和明亮背景下的电弧演化视频,接着分析并发现局部电弧发展阶段和临闪阶段的电弧熄灭重燃特征差异,最后提出用放电像素数作为可见光图像放电程度评估参数,并通过图像处理技术提取不同背景下各阶段电弧演化过程的放电像素数时间序列。结果表明,放电像素数能准确反映绝缘子表面放电状态,放电像素数时间序列与各阶段电弧熄灭重燃规律高度匹配,可将放电像素数不为0和放电像素数时间序列谷值不为0分别作为复合绝缘子表面放电和盐雾闪络的可见光判据。

基于离散元方法的复合绝缘子表面污秽沉积模型

污秽颗粒在复合绝缘子表面的沉积会影响其电气特性,导致沿面放电甚至污秽闪络的发生,从微观的角度探究其沉积机理,能够为电力系统的稳定运行提供理论依据。文中基于JKR接触力学理论,通过传统牛顿力学法和离散元方法分别对颗粒碰撞过程中的受力情况进行分析,提出综合考虑法向碰撞、颗粒反弹速度的碰撞沉积模型。根据不同碰撞沉积模型进行仿真实验,将所得结果与现有实验结果进行比较。结果表明:对比牛顿力学方法,离散元方法得到的碰撞沉积模型更能准确预测SiO_(2)颗粒在复合绝缘子表面的沉积情况。绝缘子表面颗粒沉积数随粒径的增大呈先增大后减小的趋势,在粒径20μm时达到最大沉积数。改变风向,绝缘子串中压端与高压端NSDD的比值随风向角度的增大而减小,下表面与上表面NSDD的比值随角度的增大而减小。绝缘子表面颗粒沉积数随风速的增大呈先增大后减小的趋势,并在±30º时达到最大。该文模型能够更为准确的描述污秽颗粒在绝缘子表面的沉积过程,研究结果有助于完善复合绝缘子表面污秽沉积机理。

基于轻量级卷积神经网络的复合绝缘子憎水性诊断方法研究

复合绝缘子因其良好的性能在电网中普遍使用,为提高复合绝缘子带电憎水性检测的智能化和自动化水平,文中提出一种基于轻量级卷积神经网络的复合绝缘子憎水性诊断方法。文中使用EfficientNet算法对复合绝缘子不同憎水性等级对应的水迹图像数据进行特征提取训练,通过对模型准确率和参数量等方面的比较,并结合模型在边缘计算设备上的正向推理速度,确定EfficientNet-b3模型为本应用场景下的最优模型。该模型分类准确率为96.43%,在Jetson Xavier NX上的正向推理速度为57.16 FPS,在精度和速度方面均优于其他经典卷积神经网络对比算法。后接触角的测量结果验证了该模型在实际应用中的分类有效性。该模型搭载无人机可进行现场运行复合绝缘子的憎水性测量,具有一定的创新价值和良好的应用前景。

110 kV复合绝缘横担结构设计及工程应用研究

为在输电线路中推广复合绝缘横担,以110 kV输电线路改造工程为背景,提出了一种线路用复合绝缘横担设计方法。从复合绝缘横担的大风、覆冰、安装及断线四种工况荷载计算着手,对复合绝缘横担开展结构设计。采用有限元软件建立两拉-两压结构形式的力学分析模型,在四种工况下对横担进行力学计算,通过力学真型实验验证了复合绝缘横担结构的稳定性和安全性。该方法设计的复合绝缘横担满足该线路安全运行要求,并成功挂网多条110 kV输电线路;针对不同线路塔型设计工作量大、生产周期长的问题,开展典型化设计工作是未来发展的趋势。

复合绝缘子内部缺陷超声全聚焦检测仿真及实验研究

针对复合绝缘子高声衰减性导致的内部缺陷超声检测定位定量差的问题,采用全聚焦方法(TTFM)改善检测质量。基于k-Wave工具箱开展复合绝缘子内部缺陷超声全聚焦检测仿真研究,讨论频率、相控阵阵元数、缺陷尺寸等因素对检测结果的影响并开展检测实验。结果表明,采用全聚焦方法检测复合绝缘子内部缺陷的效果良好。频率对检测结果的影响较大,选择较大频率时超声波的穿透力减弱,超声波在复合绝缘子中的衰减系数增加;选择较小频率时探头检测分辨力降低,影响缺陷的定量,所以在检测复合绝缘子时应选用合适的频率,选用的4种不同频率中2.5 MHz频率的成像效果综合最佳。阵元数和缺陷尺寸对检测结果影响较小,在实际检测中应根据实际工程需要选择合适的阵元数。研究结果为超声全聚焦方法检测复合绝缘子内部缺陷提供了理论依据。

HTV硅橡胶复合绝缘子伞裙的热老化特性分析

高温硫化(HTV)硅橡胶复合绝缘子作为架空输电线路的重要组成部分,其在长时间的户外运行中出现的异常发热状态会加剧伞裙的老化,严重时会威胁到输电线路的安全运行。通过对HTV硅橡胶复合绝缘伞裙样品进行480 h的人工热空气老化试验,对样品进行邵氏硬度、水接触角、红外光谱、微观形貌及沿面闪络电压等多项性能参数的测量,分析伞裙样品的热老化特性。研究结果表明,长时间的热老化作用,会加剧伞裙的硬化,降低材料的憎水性。随着热老化时间增加,伞裙样品的老化程度增加,沿面闪络电压先增加后减小。

鸟粪形貌特性对220 kV复合绝缘子闪络影响的仿真分析

通过COMSOL有限元仿真软件研究不同形貌特性的鸟粪对绝缘子闪络的影响。通过研究鸟粪的长度和黏度对闪络的影响以及鸟粪下落导致绝缘子闪络的过程,本文得出了不同黏度多段鸟粪构成的组合空气间隙击穿电压的计算方法。结果表明:鸟粪黏度越高,鸟粪的连续性越好,构成的空气间隙击穿电压越低,容易造成复合绝缘子闪络。因此若想提高防鸟罩对高黏度长鸟粪的防护能力,防鸟罩需具有减少鸟粪长度的能力。本研究在防鸟罩表面设计导流槽,将原本一段高黏度且长度较长的鸟粪通过导流槽分割成多段长度较短的鸟粪,通过减少鸟粪长度从而增加空气间隙长度,进而可以提高击穿电压,降低鸟粪闪络概率。

复合绝缘子芯棒EP/AlN复合材料沿面闪络及破坏机理研究

复合绝缘子芯棒用环氧树脂具有机械强度高、绝缘性能好的优点,但在发热温升情况下极易产生电痕破坏,导致电网长期运行稳定性和安全性降低。因此,本文制备了不同微纳比环氧树脂/氮化铝(EP/AlN)复合材料,测试了沿面闪络及表面耐电痕特性,并结合陷阱分布特性及表面破坏参数进行分析。结果表明:随纳米颗粒掺杂比例提高,表面陷阱对电荷捕获能力下降,表面电导率有所提升,加快了表面放电进程,使闪络电压降低,单次释放能量减小;结合热导率上升共同作用,有效抑制了环氧树脂表面温升,提高了环氧树脂耐电痕性能。

超导电缆用低介损复合绝缘材料性能研究

超导电缆相比于传统电缆具有导体无电阻损耗、传输容量大、可靠性高等优势,但作为其主绝缘的聚丙烯层压纸因具有较高的损耗因数导致超导电缆运行中的介质损耗大,增大冷却系统的负荷。采用具有低损耗因数的聚四氟乙烯滤纸取代聚丙烯层压纸中的牛皮纸层,通过热压法与聚丙烯膜形成具有两侧多孔可浸润液氮的三明治结构复合绝缘,测试结果表明超导电缆中以聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料取代聚丙烯层压纸作为主绝缘,将使介质损耗降低一半以上。同时,由于聚四氟乙烯/聚丙烯复合材料与高温超导电缆中作为冷却剂的液氮间更小的介电常数差异以及液氮击穿的体积效应,采用具有更小孔径的聚四氟乙烯滤纸制成的低介损复合绝缘具有更强的抗局部放电的能力和更高的交流绝缘击穿强度,可极大提升高温超导电缆的绝缘可靠性。

界面电子结构对核壳量子点/聚乙烯纳米复合绝缘电导与空间电荷特性的影响

为研究核壳量子点的界面电子结构对聚乙烯绝缘电导与空间电荷特性的影响,分别制备了CdSe@ZnS/LDPE,ZnSe@ZnS/LDPE两种核壳量子点纳米复合绝缘,研究了复合绝缘的直流电导和空间电荷的演变规律,并分析了核壳量子点的界面电子结构对电荷陷阱分布特性的影响机理.研究发现,相比于LDPE绝缘,ZnSe@ZnS/LDPE复合绝缘在高温强场条件下直流电导率可降低47.2%,空间电荷积累量降低了40.3%,且陷阱能级增大,表现出对载流子更强的捕获作用.基于密度泛函理论,计算了核壳量子点与聚乙烯绝缘的能带特征.结果表明,核壳纳米量子点的核层-壳层界面、壳层-绝缘界面的能带偏移导致导带底与价带顶发生突变,分别对电子和空穴具有限域作用,且限域效应随着量子点核层与壳层带隙差异增大而逐渐增强,从而限制高温强场下载流子迁移、抑制空间电荷积聚.

电气设备复合绝缘结构的太赫兹无损检测综述

在电气设备复合绝缘结构检测方面,基于声、光、电、磁等物理量、化学组分和微观特征的检测方法得到广泛应用,但难以实现无损可视化表征。相比之下,太赫兹检测技术利用太赫兹波的光学和电磁学特性可以有效反演出被测物的结构特征和介电特性,较传统检测方法具有无损可在线测量的明显优势。为此,该文总结了当前太赫兹无损检测技术在电气设备复合绝缘结构检测方面的研究现状。首先,系统介绍了太赫兹检测方法的原理及系统,并与传统检测手段进行了比较;其次,重点总结了太赫兹时域和频域光谱及其成像技术在复合绝缘材料老化和缺陷检测中的实际应用,包括缺陷的识别和定位、组分鉴定及老化状态评估等;最后,对太赫兹无损检测技术在该领域的发展前景进行了展望。希冀该综述可帮助相关研究人员快速了解太赫兹无损检测技术在电气设备状态诊断方面的研究和应用情况,并对同类问题提供解决思路。

基于KNN算法的复合绝缘子憎水性等级分类

传统的复合绝缘子憎水性等级分类主要依靠电网工作人员在高空下进行,受到环境、天气等因素的影响,检测质量难以保证,工作效率低下。提出一种基于KNN算法的复合绝缘子憎水性等级分类方法,并对KNN算法进行试验,选择最合适的参数进行复合绝缘子憎水性等级分类。试验结果表明,当K=8,使用曼哈顿距离,对复合绝缘子憎水性等级分类准确率最高,达到86.41%。

高压输电线路复合绝缘子硅橡胶内部缺陷超声检测

本研究提出使用超声波技术检测高压输电线路复合绝缘子硅橡胶内部缺陷的方法,以不同内部缺陷的复合绝缘子硅橡胶试样为研究对象,选择透声层厚度为1/4波长的相控阵超声探头,通过直接接触法对试样进行多角度扫描、无损检测,通过ANSYS软件构建试样的二维截面有限元模型,分析缺陷情况。然后通过降低盲区和旁瓣影响、提升分辨率,提高复合绝缘子硅橡胶内部缺陷检测的准确性。结果表明:存在缺陷硅橡胶试样的超声波形与正常硅橡胶试样的超声波形差异较大,通过超声波技术可以有效检测复合绝缘子硅橡胶内部破损或结构贯穿缺陷,并准确定位缺陷的具体位置;复合绝缘子上的金属配件会影响超声检测的准确性。

220 kV退役复合绝缘子芯棒整体回收再利用可行性研究

复合绝缘子在输电线路中得到了大规模应用,但早期投运的复合绝缘子开始批量退役,且数量逐年增加,因此,需要有效的回收利用方法来处理退役的复合绝缘子。该文以220 kV退役复合绝缘子芯棒的高压段、中间段和低压段作为研究对象,对比了退役芯棒与新芯棒的物理、热学、电气及力学性能和微观形貌差异,并基于性能评估结果进行推广,探索了退役芯棒的再利用价值和快速性能评估手段。结果表明,退役芯棒的环氧树脂基体含量下降程度保持在1.31%以内,饱和吸湿率小于0.008%;击穿强度基本保持在20 kV/mm以上,水煮6天泄漏电流值保持在50μA以内,具有良好的电气强度和绝缘性能;拉伸、弯曲和剪切强度分别保持在640 MPa、1500MPa和130 MPa以上,力学性能保持较高水平;内部纤维及树脂基体界面粘结性较好,材料孔隙率保持在1%以内,无明显大孔隙出现。总体而言,退役芯棒的整体性能良好,具有较高的回收再利用价值。研究结论对实现退役芯棒的高效回收再利用具有重要的参考价值。

复合绝缘子酥朽断裂事故的分布规律研究

论文在调研了2010—2020年国网范围内发生的复合绝缘子酥朽断裂事故的基础上,总结了复合绝缘子酥朽断裂事故在中国的地域分布特征,研究了自然环境因素以及运行条件与酥朽断裂事故的关联关系。复合绝缘子酥朽断裂事故集中分布在中国东部沿海及南方地区。根据统计,90%左右的事故绝缘子都位于年降水量在500 mm以上的地区,事故发生前处于相对湿度60%以上的环境中。酥断事故在任何环境温度下均有发生的可能,但仍集中分布在20℃以上的环境温度下。除了环境温度、湿度,酥朽断裂事故的分布与地形、海拔、风力等其他自然因素并无明显的相关性。与酥朽断裂相关性较大的运行条件是电压等级和串型。通过电场计算,高压侧局部场强过大是造成酥朽断裂事故集中分布在500 kV电压等级线路绝缘子的重要原因,但不是V串500 kV复合绝缘子酥朽断裂事故多发的原因。

架空输电线路中复合绝缘横担的应用分析

复合绝缘横担是一种新型输电杆塔形式,与传统输电线路相比,不再利用钢材作为主要材料,而是利用具备高绝缘性的复合材料制作而成,此种材料还具有强度高、重量轻、耐腐蚀、易维护及可设计性强等优点,是新型复合材料在输电线路中的创新性应用。通过对复合材料横担的应用现状及技术特性的分析,对比分析钢材及复合材料的性能差异,遵循经济性、节约性原则,以开发功能完善、性能多元的输电线路为导向,展开复合绝缘横担的合理设计,旨在促进其在输电线路工程中的推广应用,并取得良好的社会效益和经济效益。