关键词： 电力系统   输电线路   防覆冰   预警   通信  

摘要： 舰船电力系统是保障舰船平稳运行的关键组成环节,近年来,舰船自动化的程度不断提高,舰船用电设备数量也迅速增加,电力系统输电线路将电站与用电设备连接起来,发挥着重要的作用。一些执行特殊作业的舰船,如破冰船等,工作环境非常恶劣,电力系统输电线路往往存在着覆冰的危险,进而导致船舶电力系统故障。针对这一问题,设计一种舰船输电线路防覆冰预警系统,重点对该系统的整体结构、通信模块、覆冰监测节点以及软件程序进行研究。

关键词： 输电线路   覆冰   在线监测   预警  

摘要： 宣城地区地处安徽南部,气候湿润多雨,辖区内南部丘陵山地较多,小气候特点明显,输电线路覆冰频率高,宣城电网山区、丘陵区线路经常因线路覆冰发生断线、脱冰跳跃、甚至倒塔事故,影响地区电网安全运行。及时掌握输电线路覆冰状态,对于保障宣城电网输电线路安全、稳定运行至关重要。论文在调研分析宣城电网覆冰运维需求的基础上,开展了适合本地区架空线路运维工程实际的覆冰监测系统研究,研究结果希望为架空线路覆冰防治提供参考。论文主要研究内容如下:(1)开展了面向宣城电网的覆冰监测系统总体设计,结合现有的覆冰监测系统的性能、适用范围、工作条件,设计了监测系统硬件框架,并在监测系统的信号采集、传输、处理方面,对监测系统进行了方案优化;分析选择了监测系统的处理器、通信接口电路和电源电路,并设计了监测系统电源在杆塔上的布置方案。(2)分析了已有输电线路覆冰监测系统运行情况,对系统信息采集单元选型和布置进行了研究。对比分析了拉力和压力传感器在架空线路上的安装使用情况,确定了采用拉力传感器作为系统的应力信息采集单元;结合观冰站建筑和地形特征,分析了观冰站各部位的信息采集效果,确定了覆冰监测系统图像采集、温湿度采集和风速、风向采集单元的布置方案。(3)开展了基于应力、弧垂、气温等因素的覆冰模型的计算分析,分别获得了观冰站点模拟线路覆冰厚度的图像测量值、基于拉力传感器覆冰厚度的计算值、实际运行线路覆冰厚度的人工测量值,结合运维数据,采用回归分析法推导了不同海拔、高差、走向、风向等条件下上述三个覆冰厚度值之间的关系,提高了本系统适应性、可靠性。在此基础上,分析获得了面向宣城电网的输电线路覆冰预警策略。

关键词： 昭通电网   覆冰   风险   融冰防冰   交流短路   顺控融冰  

摘要： 由于昭通典型的山地构造地形,山高谷深,海拔高差大,导致昭通电网部分输电线路每年冬季寒潮期间都会遭受严重的覆冰。2008年昭通电网遭受覆冰的严重破坏后,昭通供电局在昭通电网安装了四台固定式直流融冰装置,并在电网融冰方面取得了显著的效果。但到目前为止,昭通电网只针对110k V及以上电压等级输电线路开展过固定式直流融冰,由于直流融冰范围有限、融冰模式单一,因此昭通电网在冬季覆冰融冰期间仍存很多问题亟需解决。对此,论文重点对昭通电网其他融冰防冰方法进行研究。本文主要以昭通地区电网固定式直流融冰为研究对象,结合有关专家、学者的研究,对固定式直流融冰带来的风险,进行了详细的分析阐述;对输电线路的交流负荷融冰防冰、交流短路融冰的可行性,进行了较为科学、客观、全面的探索,并根据实际情况对各种方案进行了研究和设计。最终得出220k V永铝双回线设计交流负荷融冰、110k V大永景线设计交流负荷防冰、35k V线路设计交流短路融冰是可行的、有效的。论文针对经常发生覆冰,且只能通过停电开展固定式直流融冰的线路设计了一键顺控融冰,并在昭通电网110k V西靖I回线进行了成功实践。还针对多数光缆地线融冰不成功的原因进行了探索、分析,并结合覆冰实际情况发现,光缆地线因覆冰后容易造成上跳引流线下降、支柱绝缘子招弧角减小、悬垂绝缘子串倾斜等问题,从而导致电气间隙距离不足而融冰不成功。文章针对昭通电网不同电压等级的输电线路,分析了粗糙集算法和主成分分析法,将两者结合提出了一种基于粗糙集算法和主成分分析法的电网覆冰冰情分类排序模型,对融冰的优先顺序进行决策。因地制宜的设计了多种有效的融冰、防冰方案。给昭通电网的融冰、防冰提供了新方法、新思路,大大提高了昭通电网的安全稳定运行、供电可靠性,减小了大量的人工融冰操作给人身带来的安全风险问题。

关键词： 多任务学习   深度学习   气象预报   覆冰厚度预测  

摘要： 输电线路覆冰是威胁输电线路运行安全的主要风险因素之一。对输电线路覆冰厚度进行预测有助于实现线路覆冰风险的提前预判,为供电公司的线路巡视和除冰作业提供决策支持,提升工作效率。近年来,已有不少研究者以历史气象、输电线路覆冰等数据为基础,对输电线路覆冰的机理和预测模型进行研究,推动了输电线路覆冰预测技术的发展。而在输电线路覆冰预测实践中,代表未来天气变化的天气预报数据至关重要,但现有线路覆冰研究中对此的分析较少。本文为解决未来12小时逐小时的覆冰厚度预测问题,对以下内容进行了研究:(1)天气预报数据质量分析及生成问题。首先,以气象观测数据为基础,对ECMWF(欧洲中期天气预报中心)的数值天气预报数据的质量进行了分析,结果显示:该预报数据中温度、湿度的RMSE(均方根误差)分别为4.43和13.30,偏离实际观测值较大。然后,本文设计了一种基于深度多任务学习技术的天气预报数据生成模型,用以生成未来12小时的逐小时、2.5×2.5公里的温度、湿度预报数据,实现了对温湿度预报数据的时空分辨率提升。最后,在独立测试集上对该多任务学习模型进行了测试,结果为:温湿度的RMSE分别为1.53和6.76,比ECMWF数值预报数据降低了 65.43%和34.32%,数据质量得到了提升;同时,该多任务学习模型比单任务学习模型的RMSE更小,性能更好。(2)未来12小时的逐小时覆冰厚度预测问题。首先,通过将等值覆冰厚度转换为等级0(0mm)、等级1(0～5mm)、等级2(大于5mm)三个等级,同时结合历史气象、天气预报等数据,生成了模型构建所需的数据集。然后,设计了一种神经网络模型以实现未来12小时的覆冰厚度等级预测。最后,对模型进行了测试,结果为:测试集的整体Micro AUC为0.906;等级1、等级2的AUC指标分别为0.805和0.903,召回率分别为0.71和0.31。最后,对本文生成的逐小时温湿度预报数据对输电线路覆冰预测模型的性能影响进行了实验分析,结果为:剔除逐小时温湿度预报数据后,等级1、等级2的召回率分别降低了 53.71%和78.31%。

关键词： 覆冰形貌   覆冰分布特征   弧垂测量   综合荷载  

摘要： 输电线路覆冰是影响电网安全运行的重要问题之一,现有监测手段虽一定程度上实现了对输电线路覆冰的有效测量,但仍缺乏一种能够在恶劣环境下实现输电线路覆冰长期稳定监测的方法,因此覆冰精确监测对电网冰灾防治工作具有重要意义。弧垂作为导线覆冰后一明显变化量,可用于远程在线覆冰监测,因此,本文以现有弧垂-温度输电线路覆冰监测方法为基础,考虑了风荷载、不同覆冰形貌及覆冰分布特征对导线构型的影响,建立了不同冰形均匀分布覆冰下基于弧垂和温度的导线等值覆冰厚度数值模型,同时针对模型应用于输电线路覆冰监测时所需面临的问题予以分析解决,以此构建出基于弧垂和温度的输电线路覆冰监测系统。为验证所建立模型对导线等值覆冰厚度的计算精度,本文开展了试验线路自然覆冰验证试验。论文主要工作及结论如下:(1)圆形覆冰下,分裂导线构型及弧垂的计算可等效为单导线,当导线中点弧垂及表面温度已知时,便可由抛物线模型及状态方程计算得到等值覆冰厚度;异形覆冰下,偏心覆冰扭矩不会改变单导线构型,但分裂导线会在偏心扭矩作用下发生扭转,当冰形参数已知时,根据扭转后导线构型约束关系,结合圆形覆冰模型便可对异形覆冰等值厚度求解。(2)分析计算了不同塔线连接方式对模型求解的影响、不同档距高差下导线弧垂及温度的监测精度需求及监测方案、以及非均匀分布覆冰下导线覆冰监测方案设计。不同塔线连接方式只会影响导线出线点空间坐标的确定;随着档距的增大,监测方法对于导线最大弧垂及表面温度的监测精度需求逐渐降低,档距小于100m时,需满足±1cm、±0.3℃的弧垂及温度监测需求,大于100m时则只需满足±1dm、±1℃便可实现1mm的覆冰增长监测。当线路出现非均匀分布覆冰时,需根据分布特征分段测量计算,非均布测量段计算结果会出现极值,可剔除以增大求解精度。(3)自然覆冰下,试验单导线及四分裂导线满足抛物线构型,中点弧垂与最大弧垂试验测量值相对误差小于0.5%,满足中点弧垂近似代替导线最大弧垂的假设;均匀分布覆冰下基于弧垂测量的输电线路等值覆冰厚度模型在导线构型计算上具有良好的精度,最大弧垂相对误差小于1%;均匀分布覆冰下的数值模型对导线等值覆冰厚度与悬挂点拉力的计算结果均与实测结果相近,最大误差为11.1%。

关键词： 输电线路   覆冰状态侦测   机器视觉   动态K-means聚类   距离映射  

摘要： 输电线路覆冰导致电力设备绝缘性能下降,是危害电力系统稳定运行的一大隐患;在寒冷季节,若未能及时发现覆冰并采取除冰措施,一旦线路上的冰层厚度超出设计的抗冰能力,将引发断线、闪络跳闸、杆塔倒塌等事故,造成大范围停电。现有侦测方法存在模型与计算复杂,导线定位及冰厚计算误差较大的缺陷。机器视觉技术的进步为线路覆冰状态侦测提供了更多可行的方案。通过机器视觉方法侦测线路覆冰的关键在于能否准确定位导线,以及如何将图像中导线的宽度以现实世界的尺度反映出来。在此基础上,进一步计算导线当前覆冰厚度并判断覆冰状态。本研究结合当前国内外研究现状,改进导线定位与导线宽度计算方法,提出基于机器视觉的输电线路覆冰状态侦测方法。本研究在总结输电线路导线不同运行状态的形态特点的基础上,提出一种基于动态斜率K-means聚类及距离映射模型的线路覆冰状态侦测方法。导线边缘是图像边缘的子集,首先通过改进的Canny边缘算子提取图像边缘。之后根据导线形态特点,使用Hough变换结合斜率与长度的双重约束,进一步过滤背景干扰,提取导线边缘直线段。图像中可能存在复数导线,还需确定边缘直线段的归属。本研究将传统K-means聚类算法结合动态斜率的概念进行直线段分类。确定直线段来源后,还需关联各边缘的直线段以获取完整连续的导线边缘。由于各直线段的斜率存在微小差异,直接首尾相连将导致导线边缘不平滑。本研究以各直线段首尾端点为特征点,通过最小二乘拟合获得光滑的导线边缘,实现导线定位。之后,再计算导线的像素宽度并映射到现实世界中,并依此求解冰层的实际厚度。图像中导线的宽度随着其距离摄像机由近及远不断减小,传统线性映射方法受此影响,误差较大。为此,本研究引入基于单目视觉测距的距离映射模型,将导线到摄像机的距离作为变量,输入模型计算导线宽度。最后,根据覆冰前后导线宽度差值计算冰层厚度,从而实现线路覆冰状态侦测。输电线路现场及实验环境测试结果表明,所提方法能够准确、有效地侦测线路覆冰状态。导线定位算法在不同环境中均能准确定位导线,当天气、光照与背景条件变化时仍能保证良好的效果。同时,基于单目视觉的距离映射模型可精确映射像素距离为实际距离。进一步,即使图像背景、对比度,冰层形态、导线位置发生变化,所提方法计算出的冰层厚度与实际冰厚都仅有较小的偏差。所提方法可辅助电力部门及时发现线路覆冰现象,具有较高的实用价值。

关键词： 特高压   输电线路   继电保护   特殊问题  

摘要： 在我国基础设施建设与发展过程中,电力系统获得了良好的发展契机。在这一发展阶段中,特高压输电是最为核心的技术。由于我国电力资源分布不均匀,不同地区电力生产能力与使用需求存在着巨大的矛盾,给我国电力能源供应造成不良的影响。通过特高压输电技术的应用,能够解决电力资源的不均衡局面,贯彻能源发展政策。特高压输电线路与常规高压线路不同,输送距离远、容量大,因此,一些在常规线路上能够被忽略的问题,反而会成为影响特高压输电线路运行的重要因素。本文就特高压输电线路继电保护特殊问题展开探究,为我国特高压输电线路的稳定运行提供参考。