【摘要】：高壓電纜作為電力傳輸?shù)妮d體,是各種電力設(shè)備實(shí)現(xiàn)正常運(yùn)行的關(guān)鍵。其防護(hù)層絕緣性能優(yōu)化及故障點(diǎn)檢測(cè)得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。在電纜防護(hù)層制備的過(guò)程中,通過(guò)摻雜無(wú)機(jī)納米粒子對(duì)聚合物進(jìn)行改性研究,優(yōu)化材料的絕緣性能。由于電纜在高電壓、大電流的狀態(tài)下工作,傳統(tǒng)的電纜防護(hù)層絕緣性能檢測(cè)主要集中于電纜生產(chǎn)結(jié)束后的擊穿性能測(cè)試,測(cè)量精度低、危險(xiǎn)系數(shù)大、檢測(cè)成本高、難以對(duì)高壓電纜的故障點(diǎn)進(jìn)行精準(zhǔn)定位�；诖�,本文根據(jù)納米Zn O的修飾機(jī)理,提出通過(guò)納米Zn O改性聚乙烯的電纜防護(hù)層材料,并通過(guò)微觀結(jié)構(gòu)與擊穿性能檢測(cè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。由于故障點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致熱擊穿現(xiàn)象的發(fā)生,本文提出了紅外三維檢測(cè)結(jié)合拼接技術(shù)檢測(cè)防護(hù)層表面故障點(diǎn)的方法。通過(guò)故障點(diǎn)的分布狀況結(jié)合材料的熱擊穿場(chǎng)強(qiáng)判別電纜防護(hù)層的熱擊穿性能。針對(duì)電纜防護(hù)層絕緣性能優(yōu)化,通過(guò)對(duì)基體改性實(shí)現(xiàn)。通常情況下,以低密度聚乙烯為基體添加一定比例的納米顆粒進(jìn)行改性。為了研究不同形態(tài)的納米粒子對(duì)材料界面結(jié)構(gòu)、結(jié)晶形態(tài)的影響,在聚乙烯中分別添加納米MMT與納米Zn O進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn),通過(guò)化學(xué)結(jié)構(gòu)測(cè)試、結(jié)晶結(jié)構(gòu)測(cè)試、微域結(jié)構(gòu)測(cè)試對(duì)電纜防護(hù)層進(jìn)行絕緣性能分析。結(jié)合微觀測(cè)試結(jié)果探討MMT和Zn O的摻雜對(duì)聚乙烯電纜防護(hù)層絕緣性能的影響。對(duì)不同材料制備的電纜防護(hù)層進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),利用COMSOL軟件建立電纜模型,在電流場(chǎng)及電磁場(chǎng)作用下,測(cè)量其擊穿性能。對(duì)純低密度聚乙烯、納米MMT改性聚乙烯和納米Zn O改性聚乙烯電纜防護(hù)層材料進(jìn)行擊穿實(shí)測(cè),檢測(cè)不同材料的擊穿臨界值。對(duì)比兩種檢測(cè)方式得到的電擊穿和熱擊穿臨界值,從實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重合度驗(yàn)證COMSOL電纜擊穿仿真檢測(cè)與擊穿實(shí)測(cè)結(jié)果互相契合�？墒褂肅OMSOL仿真替代擊穿實(shí)測(cè),降低成本,提高檢測(cè)效率。電纜防護(hù)層表面故障點(diǎn)會(huì)引發(fā)熱擊穿,通過(guò)紅外三維檢測(cè)結(jié)合拼接技術(shù)可較好地還原電纜表面信息并準(zhǔn)確定位防護(hù)層中的故障點(diǎn)。在高壓電纜紅外立體視覺(jué)檢測(cè)過(guò)程中,設(shè)計(jì)適合紅外攝像機(jī)標(biāo)定使用的模板,并計(jì)算攝像機(jī)參數(shù)標(biāo)定結(jié)果。針對(duì)紅外圖像特征相對(duì)單一的情況,利用SIFT算法提取特征點(diǎn)并完成圖像匹配。通過(guò)立體校正,使得匹配圖像共面行對(duì)準(zhǔn),提高匹配精度。針對(duì)紅外圖像三維重建噪聲點(diǎn)較多的情況,利用k-d tree算法進(jìn)行去噪處理,完成高壓電纜紅外圖像三維檢測(cè)。在拼接實(shí)驗(yàn)中,為了解決Harris算法不具備尺度不變性的問(wèn)題,在該算法基礎(chǔ)上,加入高斯多尺度變換參數(shù)。匹配過(guò)程中,使用隨機(jī)采樣一致性算法消除誤差匹配點(diǎn)對(duì),并完成紅外電纜圖像的三維點(diǎn)云拼接實(shí)驗(yàn)。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定性定量分析,驗(yàn)證拼接算法的可行性。選擇電纜串聯(lián)裝置對(duì)三段被測(cè)電纜同時(shí)進(jìn)行供電,開(kāi)展三種不同材質(zhì)的被測(cè)電纜進(jìn)行紅外三維立體測(cè)量與拼接實(shí)驗(yàn)。通過(guò)轉(zhuǎn)換圖像中灰度值的變化提取故障點(diǎn),統(tǒng)計(jì)圖像中的故障點(diǎn)數(shù)量及故障點(diǎn)區(qū)域在電纜中所占的比例。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析,驗(yàn)證納米Zn O改性聚乙烯電纜防護(hù)層具有良好的熱擊穿性能。研究結(jié)果表明,納米Zn O改性聚乙烯電纜防護(hù)層具有良好的絕緣性能。使用COMSOL仿真進(jìn)行防護(hù)層擊穿性能實(shí)驗(yàn)可有效替代擊穿實(shí)測(cè),降低了實(shí)驗(yàn)成本,提高檢測(cè)效率。使用紅外三維檢測(cè)結(jié)合拼接技術(shù)可較好地還原被測(cè)電纜防護(hù)層的表面信息,并可對(duì)故障點(diǎn)實(shí)現(xiàn)精確定位。實(shí)現(xiàn)了故障點(diǎn)在線檢測(cè),并可以此為參考,判斷材料的擊穿性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP391.41;TM75
【圖文】：

66h電老化時(shí)間后，納米復(fù)合材料的擊穿場(chǎng)強(qiáng)較純LDPE的高1.10倍。利用SEM對(duì)納米復(fù)合材料和聚乙烯試樣擊穿孔洞進(jìn)行了對(duì)比分析，觀察到電場(chǎng)對(duì)復(fù)合材料的破壞相對(duì)較小，如圖1-1所示[41]，圖中擊穿后復(fù)合材料孔洞較小。圖 1-1 兩種試樣電擊穿后的 SEM 照片F(xiàn)ig.1-1 SEM photographs of two breakdown samples

a) 接線示意圖 b) 顯示波形示意圖a) Wiring diagrammatic sketch b) Display waveform diagrammatic sketch圖1-3 低壓脈沖法Fig. 1-3 Low voltage impulse電橋法：該方法基于電橋平衡的原理，利用電氣設(shè)備測(cè)得故障部分的電阻值或電壓值，與整體被測(cè)電纜的電阻值或電壓值相比，得到的比值與被測(cè)電纜長(zhǎng)度的乘積便為故障點(diǎn)的具體位置[63-66]。脈沖電壓法：該方法對(duì)整體被測(cè)電纜外部施加高電壓。在被測(cè)電纜故障處，由于高電壓的作用，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)脈沖波，通過(guò)測(cè)試端對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。脈沖信號(hào)接收結(jié)束后，便可通過(guò)公式 l v t2計(jì)算故障點(diǎn)的具體位置。

哈爾濱理工大學(xué)工學(xué)博士學(xué)位論文-8-圖1-4 實(shí)時(shí)專家系統(tǒng)Fig.1-4 Real time expert system1.2.3 紅外立體視覺(jué)檢測(cè)的研究現(xiàn)狀紅外立體視覺(jué)檢測(cè)的工作原理是基于物體表面溫度不同產(chǎn)生不同強(qiáng)度的紅外光，紅外攝像機(jī)通過(guò)模電轉(zhuǎn)換，使用不同的紅外圖像進(jìn)行顯示，便于后續(xù)檢測(cè)的分析使用。紅外立體視覺(jué)檢測(cè)有許多優(yōu)點(diǎn)，比如測(cè)量效率高，范圍廣，無(wú)需直接接觸被測(cè)物，安全系數(shù)高。這使得紅外立體視覺(jué)檢測(cè)技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于電氣設(shè)備熱檢測(cè)工作中，并成為熱特性檢測(cè)技術(shù)的主要研究方向之一[83-84]。二十世紀(jì)六十年代，瑞典國(guó)家電力公司將紅外檢測(cè)技術(shù)系統(tǒng)地應(yīng)用到設(shè)備熱檢測(cè)中。該領(lǐng)域得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視，并將其作為熱檢測(cè)的重要手段。Luxtron 公司在美國(guó)電力研究所的大力支持下，研制了一款熒光光纖測(cè)溫儀

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2788897