【摘要】：架空輸電導(dǎo)線是我國特/超高壓輸電線路的重要組成部分。在特/超高壓輸電線路服役過程中,大氣環(huán)境中運行的導(dǎo)線(主要指鋼芯鋁絞線)長期處于惡劣的自然環(huán)境和施工條件下,導(dǎo)致其表面不可避免出現(xiàn)損傷,導(dǎo)線表面損傷處是非常重要的電暈放電源,不僅增加線路電暈?zāi)芰繐p耗還直接威脅著輸電線路的安全運行。因此,研究導(dǎo)線表面損傷對電暈放電的影響具有重要的工程價值和現(xiàn)實意義。本文首先通過實驗和圖像處理的方法對實際導(dǎo)線表面損傷特征進(jìn)行觀測和提取,利用分形維數(shù)對導(dǎo)線表面損傷特征進(jìn)行了探究;其次,采用電暈放電混合數(shù)值模型對無損傷導(dǎo)線表面的電暈特性進(jìn)行了研究,分析了導(dǎo)線橫斷面結(jié)構(gòu)對直流輸電線路正極性電暈放電的影響。最后,利用PIC-MCC法對無損傷和損傷導(dǎo)線表面的電暈特性進(jìn)行了研究。具體研究內(nèi)容如下:1.選取實際輸電線路導(dǎo)線為研究對象,通過實驗對不同地區(qū)截取的不同電壓等級的典型導(dǎo)線表面損傷特征進(jìn)行觀測,利用圖像處理技術(shù)提取了不同導(dǎo)線損傷表面圖像信息,采用像素點覆蓋法、差分盒維法和小波變換對導(dǎo)線表面損傷特征進(jìn)行了研究。針對傳統(tǒng)像素點覆蓋法的不足提出了一種改進(jìn)像素點覆蓋法,建立了分形維數(shù)和導(dǎo)線表面損傷之間的聯(lián)系。2.給出了可量化分析光滑導(dǎo)線表面等離子體放電微觀過程的混合數(shù)值模型,對圓截面導(dǎo)線和鋼芯鋁絞線兩種導(dǎo)線電暈放電過程中的表面電子密度和電場強(qiáng)度分布規(guī)律進(jìn)行了研究,具體分析了導(dǎo)線橫斷面最外層股線數(shù)對正極性電暈放電特性的影響。研究表明,鋼芯鋁絞線附近的電子密度明顯高于圓斷面導(dǎo)線,但在流注放電階段,流注通道內(nèi)不同橫斷面導(dǎo)線電子密度相差不大;在放電初期,鋼芯鋁絞線表面的電場強(qiáng)度明顯高于圓形導(dǎo)線表面;隨著導(dǎo)線斷面股線數(shù)(瓣數(shù))的增加,導(dǎo)線表面電子密度和電場強(qiáng)度反而減小。3.利用PIC-MCC方法建立了導(dǎo)線表面凸起放電模型,對壓痕導(dǎo)致的導(dǎo)線表面常見損傷特征(凸起)的電暈特性進(jìn)行了研究。在導(dǎo)線半徑一定的情況下,對比分析了凸起導(dǎo)線和光滑導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度和微觀粒子的變化過程,給出了不同導(dǎo)線表面凸起半徑和分布對放電的影響規(guī)律。分析發(fā)現(xiàn),不同放電階段受不同半徑凸起的影響程度不一致;導(dǎo)線表面存在多個凸起時,彼此會相互影響,并隨著凸起數(shù)量的增加,導(dǎo)線表面的最大電場強(qiáng)度逐漸減小。
【學(xué)位授予單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM75
【圖文】：

(c) 磨損圖 1-1 導(dǎo)線表面損傷照片導(dǎo)線表面損傷對導(dǎo)線的力學(xué)性能和電氣性能有著重要影響，存在嚴(yán)重?fù)p導(dǎo)線不及時更換，不僅斷股的概率增加，嚴(yán)重時易發(fā)生疲勞破壞，出現(xiàn)導(dǎo)裂，進(jìn)而影響整條線路的安全運行[3-4]。同時，導(dǎo)線損傷表面會發(fā)生局部放象，增加電暈損耗，是重要的電能損耗原因之一[5-7]，如圖 1-2 所示。2 Parana 河的一條輸電線路導(dǎo)線發(fā)生斷線，導(dǎo)線表面損傷嚴(yán)重，導(dǎo)致巴西南面積停電，損失巨大，事后事故調(diào)查發(fā)現(xiàn)，主要原因是導(dǎo)線微動損傷嚴(yán)重導(dǎo)線斷裂[8]。2015 年姜常勝等[9]在對遼新 1、2 斷線基本情況介紹時指出導(dǎo)線微風(fēng)振起防舞間隔棒和導(dǎo)線疲勞磨損嚴(yán)重，導(dǎo)線出現(xiàn)單根斷股，斷路器出現(xiàn)跳閘似的導(dǎo)線由于導(dǎo)線表面損傷進(jìn)而引起的事故仍時有發(fā)生，導(dǎo)線表面損傷給線路導(dǎo)線的安全運行留下了安全隱患。

(a) 剛性跳線處 (b) 四分裂軟母線損傷處圖 1-2 電暈放電的紫外圖像電網(wǎng)建設(shè)加速發(fā)展的同時也不斷要求輸電線路安全性、穩(wěn)定性的提高。架空線導(dǎo)線表面損傷嚴(yán)重威脅著電力輸送的安全性和穩(wěn)定性。因此，對輸電線路導(dǎo)線損傷特征進(jìn)行研究，以及如何對復(fù)雜導(dǎo)線表面損傷特征進(jìn)行描述，建立導(dǎo)線表面損傷和電暈放電之間的關(guān)系，對實際輸電線路導(dǎo)線表面損傷特征識別，減少導(dǎo)線表面電暈?zāi)芰繐p耗，提高輸電線路運行安全性、延長其使用壽命具有重要的學(xué)術(shù)價值和工程價值。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 導(dǎo)線表面損傷的研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外關(guān)于輸電線路導(dǎo)線表面損傷問題的研究方法主要有三種方法：現(xiàn)場實測、模擬實驗和數(shù)值分析。其中，現(xiàn)場實測由于受自然條件的限制以及耗資巨大，相關(guān)方面的研究成果較少。目前大多數(shù)研究學(xué)者采用的研究方法為

(a) 傳統(tǒng)塊劃分 (b) 改進(jìn)后塊劃分圖 2-1 改進(jìn)前后塊劃分對比示意圖換是圖像信號處理中一個強(qiáng)有力的工具，圖像小波處理體情況的近似值和各個方向的細(xì)節(jié)值�；谛〔ㄗ儞Q的小波基，對圖像進(jìn)行二維小波分解。對任意的函數(shù)有, ,,( , ) (2 , 2 )k kk k n mn mf x y c x n y m,n,m,( , ) (2 , 2 ) 1, 2,3i i k kk kn mg x y d x n y m i ; ; 2 , 2 1; ,l,k n m l n j m k l jjc a c ; , 2 , 2 1; ,i ik n m l n j n k l jd b c

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