【摘要】：高壓電纜作為電力傳輸?shù)妮d體,是各種電力設(shè)備實現(xiàn)正常運行的關(guān)鍵。其防護層絕緣性能優(yōu)化及故障點檢測得到了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。在電纜防護層制備的過程中,通過摻雜無機納米粒子對聚合物進行改性研究,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)的電纜防護層絕緣性能檢測主要集中于電纜生產(chǎn)結(jié)束后的擊穿性能測試,測量精度低、危險系數(shù)大、檢測成本高、難以對高壓電纜的故障點進行精準定位�；诖�,本文根據(jù)納米Zn O的修飾機理,提出通過納米Zn O改性聚乙烯的電纜防護層材料,并通過微觀結(jié)構(gòu)與擊穿性能檢測進行實驗驗證。由于故障點會導致熱擊穿現(xiàn)象的發(fā)生,本文提出了紅外三維檢測結(jié)合拼接技術(shù)檢測防護層表面故障點的方法。通過故障點的分布狀況結(jié)合材料的熱擊穿場強判別電纜防護層的熱擊穿性能。針對電纜防護層絕緣性能優(yōu)化,通過對基體改性實現(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行改性。為了研究不同形態(tài)的納米粒子對材料界面結(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進行對比實驗,通過化學結(jié)構(gòu)測試、結(jié)晶結(jié)構(gòu)測試、微域結(jié)構(gòu)測試對電纜防護層進行絕緣性能分析。結(jié)合微觀測試結(jié)果探討MMT和Zn O的摻雜對聚乙烯電纜防護層絕緣性能的影響。對不同材料制備的電纜防護層進行仿真實驗,利用COMSOL軟件建立電纜模型,在電流場及電磁場作用下,測量其擊穿性能。對純低密度聚乙烯、納米MMT改性聚乙烯和納米Zn O改性聚乙烯電纜防護層材料進行擊穿實測,檢測不同材料的擊穿臨界值。對比兩種檢測方式得到的電擊穿和熱擊穿臨界值,從實驗結(jié)果的重合度驗證COMSOL電纜擊穿仿真檢測與擊穿實測結(jié)果互相契合。可使用COMSOL仿真替代擊穿實測,降低成本,提高檢測效率。電纜防護層表面故障點會引發(fā)熱擊穿,通過紅外三維檢測結(jié)合拼接技術(shù)可較好地還原電纜表面信息并準確定位防護層中的故障點。在高壓電纜紅外立體視覺檢測過程中,設(shè)計適合紅外攝像機標定使用的模板,并計算攝像機參數(shù)標定結(jié)果。針對紅外圖像特征相對單一的情況,利用SIFT算法提取特征點并完成圖像匹配。通過立體校正,使得匹配圖像共面行對準,提高匹配精度。針對紅外圖像三維重建噪聲點較多的情況,利用k-d tree算法進行去噪處理,完成高壓電纜紅外圖像三維檢測。在拼接實驗中,為了解決Harris算法不具備尺度不變性的問題,在該算法基礎(chǔ)上,加入高斯多尺度變換參數(shù)。匹配過程中,使用隨機采樣一致性算法消除誤差匹配點對,并完成紅外電纜圖像的三維點云拼接實驗。對實驗結(jié)果進行定性定量分析,驗證拼接算法的可行性。選擇電纜串聯(lián)裝置對三段被測電纜同時進行供電,開展三種不同材質(zhì)的被測電纜進行紅外三維立體測量與拼接實驗。通過轉(zhuǎn)換圖像中灰度值的變化提取故障點,統(tǒng)計圖像中的故障點數(shù)量及故障點區(qū)域在電纜中所占的比例。通過對實驗結(jié)果進行分析,驗證納米Zn O改性聚乙烯電纜防護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層具有良好的絕緣性能。使用COMSOL仿真進行防護層擊穿性能實驗可有效替代擊穿實測,降低了實驗成本,提高檢測效率。使用紅外三維檢測結(jié)合拼接技術(shù)可較好地還原被測電纜防護層的表面信息,并可對故障點實現(xiàn)精確定位。實現(xiàn)了故障點在線檢測,并可以此為參考,判斷材料的擊穿性能。
【學位授予單位】：哈爾濱理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.41;TM75
【圖文】：

66h電老化時間后，納米復合材料的擊穿場強較純LDPE的高1.10倍。利用SEM對納米復合材料和聚乙烯試樣擊穿孔洞進行了對比分析，觀察到電場對復合材料的破壞相對較小，如圖1-1所示[41]，圖中擊穿后復合材料孔洞較小。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)備測得故障部分的電阻值或電壓值，與整體被測電纜的電阻值或電壓值相比，得到的比值與被測電纜長度的乘積便為故障點的具體位置[63-66]。脈沖電壓法：該方法對整體被測電纜外部施加高電壓。在被測電纜故障處，由于高電壓的作用，會產(chǎn)生一個脈沖波，通過測試端對脈沖信號進行檢測。脈沖信號接收結(jié)束后，便可通過公式 l v t2計算故障點的具體位置。

哈爾濱理工大學工學博士學位論文-8-圖1-4 實時專家系統(tǒng)Fig.1-4 Real time expert system1.2.3 紅外立體視覺檢測的研究現(xiàn)狀紅外立體視覺檢測的工作原理是基于物體表面溫度不同產(chǎn)生不同強度的紅外光，紅外攝像機通過模電轉(zhuǎn)換，使用不同的紅外圖像進行顯示，便于后續(xù)檢測的分析使用。紅外立體視覺檢測有許多優(yōu)點，比如測量效率高，范圍廣，無需直接接觸被測物，安全系數(shù)高。這使得紅外立體視覺檢測技術(shù)被廣泛地應用于電氣設(shè)備熱檢測工作中，并成為熱特性檢測技術(shù)的主要研究方向之一[83-84]。二十世紀六十年代，瑞典國家電力公司將紅外檢測技術(shù)系統(tǒng)地應用到設(shè)備熱檢測中。該領(lǐng)域得到了國內(nèi)外學者的重視，并將其作為熱檢測的重要手段。Luxtron 公司在美國電力研究所的大力支持下，研制了一款熒光光纖測溫儀

【參考文獻】

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本文編號：2788897