基于图像拼接的线路覆冰质量估算研究

针对不同气候条件下形成的不同类型的覆冰层,致使传统均值密度法计算覆冰质量误差较大的问题,提出一种基于图像拼接的线路覆冰质量估算方法。采用改进的扫描线填充算法对航拍导线图像中的雨雪噪声进行填充,以减少雨雪对图像的干扰。引入SURF算法对具有邻接关系的导线图像特征提取,结合改进的加权融合算法按权重比例分配实现图像拼接,利用拼接图像中杆塔与弧垂所占像素比例计算出覆冰导线的最大弧垂。基于输电线路抛物线理论,分析覆冰荷载与弧垂的对应关系并求解出覆冰的质量。仿真结果表明:该文所提方法估算覆冰质量与实测值平均绝对百分比误差为3.634%,对线路覆冰研究具有一定指导意义。

基于双目视觉技术的线路覆冰质量计算研究

架空输电线路的覆冰质量的准确评估,对于融冰工作的开展至关重要,但是目前缺乏一种可以在远距离方便准确地计算线路覆冰质量的方法。为此,提出一种基于双目视觉技术的线路覆冰质量计算方法。首先,根据航拍采集的图片采用SURF算法对导线中的隔离棒进行特征提取,以确定对其欧式距离进行特征匹配,然后再计算匹配完成后的隔离棒中心像素位置;采用立体视觉技术,对隔离棒进行了三维的位置标记;而后又采用最小二乘法非线性回归方法复原出一档完整导线,进而测算出导线的弧垂程度,最后推导出了导线温度、弧垂和导线上覆冰量之间的关系式,计算出覆冰质量。实验结果表明,本文所提方法与实际覆冰质量测量绝对百分比误差仅为3.34%,对覆冰研究具有一定意义。

自然条件下基于旋转多圆柱体覆冰厚度的绝缘子覆冰质量估算

绝缘子覆冰闪络严重威胁着电力系统的安全,如果能有效地掌握绝缘子覆冰的发展变化过程,就能及时有效地采取措施防止覆冰闪络事故的发生。然而到目前为止,对于绝缘子覆冰的监测及预测手段比较缺乏。在绝缘子的人工覆冰试验中,通常采用旋转圆柱体对其覆冰质量进行监测,但这种方法一直以来只是定性地对绝缘子的覆冰质量进行评估。鉴于此,对绝缘子自然覆冰质量与旋转多圆柱体覆冰厚度的关系进行了研究,结果表明绝缘子上的覆冰质量是旋转圆柱体直径、圆柱体上覆冰厚度及覆冰密度的函数。在此基础上,提出了基于旋转多圆柱体上覆冰厚度的绝缘子覆冰质量的预测公式。并且通过绝缘子的自然覆冰数据对该公式进行了验证。结果表明通过该经验公式计算的绝缘子上覆冰质量与实测值符合。

基于区域分割方法的绝缘子覆冰质量预测模型

绝缘子覆冰会引起闪络进而导致电网停电事故,覆冰质量是表征绝缘子覆冰程度的重要参数。由于绝缘子覆冰环境下迎背风面覆冰程度有较大差异,基于流体力学Lagrange法提出一种以区域分割方式数值计算绝缘子表面碰撞系数的方法;对绝缘子表面不同区域的冻结系数进行计算,通过覆冰圆柱体表面覆冰质量计算公式等效计算建立绝缘子表面覆冰质量预测模型,并通过人工覆冰试验对试验结果进行验证。研究结果表明:XP–70绝缘子不同区域表面水滴碰撞系数存在较大差异,迎风面伞裙表面水滴碰撞系数比迎风面钢帽及伞裙边缘小得多,但是为背风面伞裙表面碰撞系数的2~3倍;0~60 min中,覆冰质量预测模型计算所得覆冰质量值与试验值的相对误差<20%。

基于导线动态张力的覆冰质量计算方法

输电线路覆冰是影响电网安全运行的重要问题之一,准确监测导线覆冰,可以有效预防覆冰灾害。自然界风对输电线路冰荷载的测量的影响不能忽略,输电线路拉力传感器测到的往往是导线冰风荷载,因此想要准确测量导线冰荷载就必须消除风荷载的影响。文章研究了基于导线动态张力的覆冰质量计算方法,在不使用导线角度参数的情况下,计算导线覆冰质量。通过导线力学分析,确定瞬时风荷载、冰荷载、温度变化与导线端部张力定量关系。将覆冰导线视为一个整体,提出风荷载系数Kf以计算不同覆冰情况下风荷载,以此为基础确定瞬时风下导线覆冰质量计算方法。进行野外覆冰试验验证方法有效性。研究表明:导线端部张力变化与瞬时风荷载、冰荷载、温度变化有关;风荷载系数与瞬时风速的三次多项式拟合度很高,随着风速升高,风荷载系数越小,并且逐步趋于稳定;风速相同时,风荷载系数与覆冰导线迎风面积正相关;无风及有风情况导线覆冰质量计算方法精度满足工程计算要求,当覆冰较薄,人为测量冰重误差较大,当覆冰较厚,绝缘子及金具上覆冰造成计算值误差较大。

基于模拟导线的输电线路覆冰质量在线测量技术研究

架空导线覆冰质量监测对维护输电线路安全稳定运行具有重要意义。由于导线的舞动,基于力学模型的传统覆冰质量测量方法往往存在较大的误差。为了降低导线覆冰质量的测量误差,基于模拟导线,构建了覆冰质量测量系统,通过测量模拟导线的覆冰质量间接监测实际导线的覆冰状况。由于测量系统的姿态晃动,测量系统在架空线路上易做不规则圆周运动,导致覆冰质量测量有较大误差;因此,基于应变式称重传感器测量质量的原理,建立圆周运动下覆冰质量测量模型,并针对采集数据的特点引入截尾均值算法以减小误差。设计覆冰质量测量实验验证系统的精度,实验结果表明:模拟导线的质量误差由0.9 g降到0.1 g,证明了该系统的有效性。

环境参数对110kV复合绝缘子覆冰增长过程的影响

绝缘子覆冰严重影响着电力系统的安全稳定运行,国内外对输电线路覆冰增长过程进行了大量的研究,但对绝缘子覆冰过程的研究较少,因此研究环境参数对绝缘子覆冰的影响在防冰抗冰工作中显得尤为重要。为此,通过在人工气候室的模拟试验来研究环境参数(水滴中值体积直径(MVD)、液态水含量(LWC)、温度、风速)对不同伞型结构的110kV复合绝缘子覆冰过程的影响。研究结果表明:绝缘子覆冰质量、伞裙表面覆冰厚度、冰凌长度及冰凌直径随时间的增长成非线性增长,而随着时间的延长,覆冰质量的增长程度变缓;绝缘子覆冰质量随着环境温度的降低成非线性增加;绝缘子覆冰质量随风速的增加而增加;水滴中值体积直径、液态水含量对绝缘子覆冰质量、冰凌增长有着重要的影响,随着MVD、LWC的增大,覆冰质量、冰凌长度增长迅速;在同等覆冰条件下,D型绝缘子的覆冰质量最轻,冰凌桥接速度最慢,所以D型绝缘子更适合在覆冰严重地区使用。

环境参数对绝缘子表面覆冰增长的影响

覆冰严重威胁电力系统的安全运行,国内外对输电线路覆冰机理、增长过程和覆冰闪络特性开展了大量研究,但对绝缘子覆冰增长预测模型及相关试验研究甚少,因此开展了LXP-160玻璃绝缘子在不同覆冰环境参数下其表面覆冰增长的试验研究,分析了温度、水滴颗粒直径(MVD)、风速等对绝缘子表面覆冰增长的影响,得到了采用旋转监测导体覆冰厚度d1、绝缘子表面覆冰厚度d或绝缘子覆冰质量m来表征绝缘子的覆冰程度之间的等价性关系。结果表明:水滴颗粒直径、风速越大或温度越低,绝缘子表面覆冰增长越快,其冰棱越长且越粗;温度对绝缘子覆冰类型有影响,当风速小于0.5m/s、液态水质量浓度110g/m3,MVD为130μm,温度小于-8°C时,绝缘子表面覆冰类型为雨凇,温度为-11°C时,绝缘子表面覆冰类型为硬雾凇;d1、d和m之间关系为d=0.684d11.09和m=0.828lnd1-1.186。研究结果可为揭示绝缘子覆冰机理提供参考。

覆冰程度对瓷、玻璃和复合绝缘子交流冰闪特性的影响

污秽覆冰环境下绝缘子电气性能是输电线路外绝缘选择的基础。国内外在该领域开展了大量研究,然而关于覆冰程度对不同材质绝缘子交流闪络特性影响的对比研究较少。因此,在大型多功能人工气候室对瓷、玻璃和复合绝缘子进行交流覆冰闪络试验研究,对比分析覆冰程度对3种绝缘子交流冰闪特性的影响,并讨论覆冰程度不同表征方式之间的等价性关系。结果表明:3种绝缘子50%冰闪电压均随冰厚、覆冰质量和污秽的增加而下降;复合绝缘子受冰厚、覆冰质量的影响比瓷和玻璃绝缘子明显,其冰厚、覆冰质量影响特征指数略大于瓷和玻璃绝缘子;复合绝缘子污秽特征影响指数略小于瓷和玻璃绝缘子;绝缘子覆冰质量和监测导体冰厚均可表征绝缘子覆冰程度,且根据覆冰绝缘子串冰闪电压一致原则推导出两种表征覆冰程度参量的等价性关系。

覆冰程度对复合绝缘子直流覆冰闪络特性的影响

覆冰下绝缘子电气性能将降低,国内外采用绝缘子覆冰质量(m)、旋转导体覆冰厚度(D)或绝缘子表面覆冰厚度(d)等表征绝缘子的覆冰程度。为了解覆冰程度对绝缘子冰闪电压的影响,开展了不同覆冰程度下500kV复合绝缘子短样直流冰闪特性的试验研究,分析了绝缘子覆冰质量、旋转导体覆冰厚度和绝缘子表面覆冰厚度对复合绝缘子冰闪电压的影响。结果表明:盐密为0.05mg/cm2且单支绝缘子覆冰质量为5.0kg时复合绝缘子直流冰闪梯度约为77kV/m;m、D或d均可表征绝缘子的覆冰程度,且具有等价性关系,即d=1.06D0.78和m=3.52lnD-5.37。研究结果可为覆冰地区输电线路外绝缘的选择和设计提供参考。

均压环安装位置对220kV复合绝缘子覆冰及其闪络特性的影响

在人工气候室对不同位置安装均压环的220 kV复合绝缘子进行了人工带电覆冰试验,分析了均压环安装位置对绝缘子覆冰及电气特性的影响。结果表明:复合绝缘子本身电场分布极不均匀,使不同均压环安装位置对改善电场分布的效果不尽相同,从而对复合绝缘子覆冰有明显影响。高压端均压环使高压端伞裙覆冰比较均匀,冰棱生长较长,均压环冰棱呈向外弯曲生长,提高冰闪电压;低压端均压环使低压端伞裙相邻冰棱之间发生粘接,均压环冰棱基本呈垂直生长,降低冰闪电压;绝缘子和均压环表面覆冰密度大于冰棱冰密,安装均压环的高压端或低压端,其表面和冰棱冰密都大于不带均压环时;仅高压端带均压环时的绝缘子自身冰重大于仅低压端带均压环时。

覆冰程度对瓷和玻璃绝缘子直流覆冰闪络特性的影响

在人工气候室内模拟覆冰气象条件,对2种同吨位的瓷绝缘子XZP-210和玻璃绝缘子LXZP-210进行了覆冰直流闪络实验研究。分析实验结果得出2种绝缘子在不同覆冰程度和不同污秽下覆冰直流闪络特性,即最低冰闪电压值Ufmin随覆冰厚度的增加而呈幂函数下降关系,与覆冰质量m呈负指数函数关系,与电导率γ20呈负幂函数关系;导出旋转监测铜管覆冰厚度d和绝缘子串覆冰质量m两种表征覆冰程度参量的等价性关系式d=De-gW;最后提出了绝缘子串直流最低冰闪电压Ufmin的一般式Ufmin=Eγ2-0md-be-fW。

LXY4-160型绝缘子串覆冰操作冲击闪络特性

为丰富目前较少的操作冲击电压作用下绝缘子冰闪特性研究,以7片串LXY4-160型绝缘子串为试品,在大型多功能人工气候室内研究了清洁干燥、淋雨、覆冰条件下玻璃绝缘子串的操作冲击闪络特性。结果表明,玻璃绝缘子串操作冲击冰闪电压比其清洁干闪和雨闪电压有明显下降;LXY4-160型玻璃绝缘子串操作冲击50%闪络电压U50随覆冰水电导率的增加而降低;正极性U50和负极性U50均随覆冰质量的增加而降低。根据试验结果,得出了覆冰质量、覆冰水电导率对覆冰绝缘子串操作冲击50%闪络电压影响的关系式,并综合考虑了覆冰质量和覆冰水电导率的共同影响,得出了其冰闪电压的计算公式。利用提出的计算公式所得计算结果与试验值的偏差在工程应用允许的误差范围内。

直流电场对复合绝缘子覆冰及其闪络特性的影响

为研究直流电场对复合绝缘子覆冰的影响,在人工气候实验室中对FXBW-35/70型复合绝缘子进行了带电人工模拟覆冰试验。分别进行了不带电以及正负10 kV、20 kV、30 kV的直流电压试验,对比了不同电压等级下的绝缘子覆冰和闪络特征,分析了直流电场下不同极性对覆冰的影响,并进行了解释。试验结果表明:直流电场强度对复合绝缘子覆冰和闪络特性会产生影响,随着试验电压等级的升高,绝缘子伞面冰层的粗糙程度会增大,冰凌的向内弯曲度会增大,密度降低,覆冰质量呈先增大后减少的变化趋势,覆冰绝缘子的50%闪络电压呈先降低后上升的趋势;直流电场的不同极性也会对复合绝缘子覆冰产生影响,相同电压等级下,正极性电压作用下的冰凌平均密度大于负极性,负极性电压作用下的绝缘子50%闪络电压低于正极性。

输电线路覆冰与微气象参数和覆冰时间的研究

微气象对输电线路覆冰形成有着决定性的影响,而目前存在覆冰与微气象的相关性研究不全面、不深入的问题,因此研究与分析输电线路覆冰形成与微气象对防冰抗冰工作具有重大意义。针对上述问题,基于覆冰与微气象环境试验,采用控制变量法分别研究了覆冰质量增长与环境温度、风速、降水量及覆冰时间的关系,结果表明:覆冰质量增长与环境温度、风速及降水量呈类似抛物线的函数关系,同时这种关系也决定了必然存在一个最有利于形成覆冰的环境温度值、风速值及降水量;并且在相同的微气象条件下,覆冰增长速度保持恒定,与覆冰时间无关,仅与微气象参数的改变有关。

XP-160绝缘子串人工与自然覆冰交流闪络特性

绝缘子在覆冰环境下其电气性能会受到严重影响,国内外针对人工覆冰绝缘子闪络特性进行了大量研究,但对绝缘子自然覆冰以及其与人工覆冰比较的研究相对较少。为此以3片串XP–160绝缘子为例,分别在人工气候室和雪峰山自然覆冰试验基地开展绝缘子人工覆冰与自然覆冰交流闪络特性试验,分析覆冰质量m、覆盐密度（SDD）对闪络电压的影响;对绝缘子自然覆冰试验结果进行海拔校正,将校正后的自然覆冰结果与人工结果进行对比分析。结果表明：自然覆冰、人工覆冰绝缘子闪络电压均随着SDD、m的增加而降低,且雨淞条件下自然覆冰试验结果略高于人工覆冰试验结果;自然覆冰、人工覆冰绝缘子闪络电压与SDD均满足负幂函数关系、与覆冰质量均满足负指数关系,人工覆冰下绝缘子冰闪电压随SDD、覆冰质量的变化规律与自然覆冰下的相当,对于长串、其他覆冰类型、形态是否有相同结论需进一步验证与探讨。研究结果可为覆冰地区输电线路外绝缘选择与设计提供参考。

微气象条件下输电线路覆冰厚度预测方法

电网在长期露天运行过程中,输电线路极易遭受各种自然灾害,其中线路覆冰会引起覆冰区域周边大面积停电,甚至使当地电网崩溃,造成巨额经济损失。因此,对输电线路覆冰厚度预测方法进行了研究。通过获取第i时间段初始导线半径和第i时间段覆冰环境参数,计算第i时间段单位长度线路覆冰质量,再根据所述覆冰质量,计算第i时间段的覆冰厚度,从而获得覆冰总厚度。经过实例认证,该覆冰厚度的预测误差在5%以内,可以提高输电线路覆冰厚度测量的准确性,为输电线路的安全运行提供了保障。