【摘要】：架空輸電導線是我國特/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,導致其表面不可避免出現(xiàn)損傷,導線表面損傷處是非常重要的電暈放電源,不僅增加線路電暈能量損耗還直接威脅著輸電線路的安全運行。因此,研究導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線表面損傷特征進行觀測和提取,利用分形維數(shù)對導線表面損傷特征進行了探究;其次,采用電暈放電混合數(shù)值模型對無損傷導線表面的電暈特性進行了研究,分析了導線橫斷面結構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線表面的電暈特性進行了研究。具體研究內容如下:1.選取實際輸電線路導線為研究對象,通過實驗對不同地區(qū)截取的不同電壓等級的典型導線表面損傷特征進行觀測,利用圖像處理技術提取了不同導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線表面損傷特征進行了研究。針對傳統(tǒng)像素點覆蓋法的不足提出了一種改進像素點覆蓋法,建立了分形維數(shù)和導線表面損傷之間的聯(lián)系。2.給出了可量化分析光滑導線表面等離子體放電微觀過程的混合數(shù)值模型,對圓截面導線和鋼芯鋁絞線兩種導線電暈放電過程中的表面電子密度和電場強度分布規(guī)律進行了研究,具體分析了導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線,但在流注放電階段,流注通道內不同橫斷面導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度明顯高于圓形導線表面;隨著導線斷面股線數(shù)(瓣數(shù))的增加,導線表面電子密度和電場強度反而減小。3.利用PIC-MCC方法建立了導線表面凸起放電模型,對壓痕導致的導線表面常見損傷特征(凸起)的電暈特性進行了研究。在導線半徑一定的情況下,對比分析了凸起導線和光滑導線表面的電場強度和微觀粒子的變化過程,給出了不同導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,導線表面的最大電場強度逐漸減小。
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM75
【圖文】：

(c) 磨損圖 1-1 導線表面損傷照片導線表面損傷對導線的力學性能和電氣性能有著重要影響，存在嚴重損導線不及時更換，不僅斷股的概率增加，嚴重時易發(fā)生疲勞破壞，出現(xiàn)導裂，進而影響整條線路的安全運行[3-4]。同時，導線損傷表面會發(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線發(fā)生斷線，導線表面損傷嚴重，導致巴西南面積停電，損失巨大，事后事故調查發(fā)現(xiàn)，主要原因是導線微動損傷嚴重導線斷裂[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線微風振起防舞間隔棒和導線疲勞磨損嚴重，導線出現(xiàn)單根斷股，斷路器出現(xiàn)跳閘似的導線由于導線表面損傷進而引起的事故仍時有發(fā)生，導線表面損傷給線路導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。架空線導線表面損傷嚴重威脅著電力輸送的安全性和穩(wěn)定性。因此，對輸電線路導線損傷特征進行研究，以及如何對復雜導線表面損傷特征進行描述，建立導線表面損傷和電暈放電之間的關系，對實際輸電線路導線表面損傷特征識別，減少導線表面電暈能量損耗，提高輸電線路運行安全性、延長其使用壽命具有重要的學術價值和工程價值。1.2 國內外研究現(xiàn)狀1.2.1 導線表面損傷的研究現(xiàn)狀目前，國內外關于輸電線路導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，相關方面的研究成果較少。目前大多數(shù)研究學者采用的研究方法為

(a) 傳統(tǒng)塊劃分 (b) 改進后塊劃分圖 2-1 改進前后塊劃分對比示意圖換是圖像信號處理中一個強有力的工具，圖像小波處理體情況的近似值和各個方向的細節(jié)值。基于小波變換的小波基，對圖像進行二維小波分解。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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本文編號：2807016