發(fā)布時(shí)間：2020-11-03 03:24

　　 真空斷路器在直流輸配電系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)著快速開斷短路電流的重?fù)?dān),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(shù),對真空電弧進(jìn)行了運(yùn)動特性分析及圖像參數(shù)化研究。首先對實(shí)驗(yàn)室基于有源換流法的直流開斷試驗(yàn)平臺進(jìn)行改造,重新設(shè)計(jì)了換流源投入開關(guān)操動機(jī)構(gòu)的控制電路,大幅簡化了零部件的使用;通過測量主開關(guān)的位移曲線,根據(jù)試驗(yàn)需求,將儲能電容預(yù)充電電壓設(shè)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(yàn)平臺,借助CMOS高速攝像機(jī)捕獲了一系列真空電弧圖像,結(jié)合電弧電壓電流波形圖對典型的燃弧過程進(jìn)行了分析。同時(shí)對真空電弧圖像進(jìn)行了去噪的預(yù)處理操作,以峰值信噪比為指標(biāo),對比分析了不同算法的去噪性能。隨后對真空電弧圖像進(jìn)行分割處理。基于K均值聚類的真彩色圖像分割算法能夠較準(zhǔn)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(qiáng)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(jìn)行了改進(jìn),通過對比不同算法處理后的真空電弧圖像,改進(jìn)后的雙閾值分割算法更適用于電弧圖像的分割。最后應(yīng)用真彩色圖像分割算法和偽彩色圖像增強(qiáng)算法處理后的圖像來描述真空電弧運(yùn)動。結(jié)果表明,直流開斷電弧在起弧后先是經(jīng)歷一段快速擴(kuò)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(jìn)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(gè)參數(shù)特征,結(jié)果表明,直流開斷電弧在起弧后約1 ms的時(shí)間內(nèi)電弧擴(kuò)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(xué)位單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(gòu)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(yàn)
    2.1 試驗(yàn)原理介紹
    2.2 試驗(yàn)平臺搭建
        2.2.1 操動機(jī)構(gòu)的選取
        2.2.2 儲能電容充放電控制電路
    2.3 試驗(yàn)結(jié)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(jié)
3 真空電弧圖像獲取與預(yù)處理
    3.1 真空電弧圖像采集系統(tǒng)
        3.1.1 CMOS高速攝像機(jī)原理
        3.1.2 相機(jī)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(jié)
4 真空電弧圖像處理算法
    4.1 電弧圖像增強(qiáng)
        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(qiáng)
    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(jìn)的雙閾值灰度圖像分割
    4.4 電弧圖像處理結(jié)果分析
    4.5 本章小結(jié)
5 真空電弧運(yùn)動特性及其圖像參數(shù)化研究
    5.1 真空電弧運(yùn)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(yàn)結(jié)果分析
    5.4 本章小結(jié)
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況
致謝

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本文編號：2868023