真空斷路器在直流輸配電系統(tǒng)中擔負著快速開斷短路電流的重擔,其核心功能是熄滅由于動靜觸頭帶電分離而產(chǎn)生的真空電弧,真空電弧的演變規(guī)律對真空斷路器的開斷能力有重要影響。本文以直流開斷中的真空電弧為研究對象,利用圖像處理技術,對真空電弧進行了運動特性分析及圖像參數(shù)化研究。首先對實驗室基于有源換流法的直流開斷試驗平臺進行改造,重新設計了換流源投入開關操動機構的控制電路,大幅簡化了零部件的使用;通過測量主開關的位移曲線,根據(jù)試驗需求,將儲能電容預充電電壓設置為500 V,并獲取了開斷電壓電流波形。其次利用直流開斷試驗平臺,借助CMOS高速攝像機捕獲了一系列真空電弧圖像,結合電弧電壓電流波形圖對典型的燃弧過程進行了分析。同時對真空電弧圖像進行了去噪的預處理操作,以峰值信噪比為指標,對比分析了不同算法的去噪性能。隨后對真空電弧圖像進行分割處理�；贙均值聚類的真彩色圖像分割算法能夠較準確地將燃弧區(qū)域從整幅圖片中提取出來,基于灰度分層法的偽彩色圖像增強算法能使電弧圖像更符合人眼視覺特性。對雙閾值圖像分割算法進行了改進,通過對比不同算法處理后的真空電弧圖像,改進后的雙閾值分割算法更適用于電弧圖像的分割。最后應用真彩色圖像分割算法和偽彩色圖像增強算法處理后的圖像來描述真空電弧運動。結果表明,直流開斷電弧在起弧后先是經(jīng)歷一段快速擴散的過程,隨后由于換流電流的投入而迅速熄滅,換流期間電弧形態(tài)的變化滯后于電弧電流的變化,且熄弧位置在起弧位置附近;將改進后的雙閾值分割算法用于圖像的參數(shù)化研究,提取了電弧直徑,電弧高灰度值區(qū)面積及面積率三個參數(shù)特征,結果表明,直流開斷電弧在起弧后約1 ms的時間內(nèi)電弧擴散速度以及高灰度值區(qū)面積率均高于后續(xù)燃弧過程,而高灰度值區(qū)面積在燃弧期間保持線性增長。
【學位單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TM501.2;TP391.41
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題研究背景與意義
    1.2 真空電弧基本理論
        1.2.1 真空電弧的產(chǎn)生
        1.2.2 真空電弧的構成
    1.3 真空電弧研究現(xiàn)狀
        1.3.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.3.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
        1.3.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析
    1.4 本文主要研究內(nèi)容
2 基于有源換流法的直流開斷試驗
    2.1 試驗原理介紹
    2.2 試驗平臺搭建
        2.2.1 操動機構的選取
        2.2.2 儲能電容充放電控制電路
    2.3 試驗結果分析
        2.3.1 主斷口位移曲線
        2.3.2 典型開斷過程分析
    2.4 本章小結
3 真空電弧圖像獲取與預處理
    3.1 真空電弧圖像采集系統(tǒng)
        3.1.1 CMOS高速攝像機原理
        3.1.2 相機參數(shù)調(diào)試
        3.1.3 圖像采集過程
    3.2 典型直流開斷電弧燃弧序列
    3.3 真空電弧圖像去噪
        3.3.1 噪聲的來源和檢測
        3.3.2 噪聲的去除
    3.4 本章小結
4 真空電弧圖像處理算法
    4.1 電弧圖像增強
        4.1.1 基于K均值聚類的真彩色圖像分割
        4.1.2 基于灰度分層法的偽彩色圖像增強
    4.2 電弧灰度圖像分割
        4.2.1 單閾值灰度圖像分割
        4.2.2 雙閾值灰度圖像分割
    4.3 改進的雙閾值灰度圖像分割
    4.4 電弧圖像處理結果分析
    4.5 本章小結
5 真空電弧運動特性及其圖像參數(shù)化研究
    5.1 真空電弧運動特性
        5.1.1 交流電弧
        5.1.2 直流開斷電弧
    5.2 真空電弧圖像參數(shù)
        5.2.1 電弧灰度分布
        5.2.2 電弧直徑
        5.2.3 電弧高灰度值區(qū)面積
    5.3 試驗結果分析
    5.4 本章小結
結論
參考文獻
攻讀碩士學位期間發(fā)表學術論文情況
致謝

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本文編號：2868023