关键词： 输电线路   覆冰预测   多变量   OLSTM神经网络   融冰控制  

摘要： 由于自然环境的多变性和不可控性,给输电线路的安全稳定运行带来了挑战。由冰害天气引起的输电线路覆冰故障就是其中之一。覆冰严重时,杆塔会发生闪络、断线、倒塌等一系列故障,给社会带来不必要的经济损失。然而,目前对于输电线路覆冰形成过程和预测模型的研究还不够完善,且模型的预测精度有待提高。因此,急需研究一种预测方法来对输电线路的覆冰厚度进行精确把握。本文的主要研究工作如下:(1)分析比较了导线覆冰厚度的经典计算模型,综合考虑了线路覆冰的多种因素,从线路的覆冰种类和经典方程式出发,推导了其等值覆冰厚度的理论计算模型。利用线路的历史覆冰数据,基于LSTM(Long Short-Term Memory)长短时记忆神经网络建立了单一序列覆冰厚度的预测模型,并且通过实际的线路覆冰数据验证了预测模型的精确性。(2)为了明确微气象因素对线路覆冰情况的影响,针对可能影响输电线路覆冰厚度值的环境温度、湿度、风速、大气压力等自然条件,逐一进行了灰色关联度分析GR A(Grey Relation Analysis)。经验证,环境温度、大气压力、环境风速、环境湿度,对于线路覆冰厚度的影响从大到小依次排序,并且验证了将其作为模型输入变量的合理性。(3)针对单一序列预测模型出现的问题,对其损失函数和网络模型进行了改进,结合多种气象因素建立了多变量OLSTM(Optimized Long Short-Term Memory)改进型长短时记忆神经网络预测模型,并且通过实际的线路覆冰数据对模型的精确性进行了验证。实验结果表明,本文提出的方法相较于其他传统的覆冰预测方法预测精度较高,误差较小,能够满足实际工程需求。(4)基于SVG无功装置搭建了通过控制线路传输无功功率实现融冰的模型。调节线路负荷,利用SVG装置提供对应的无功补偿,增大融冰线路的电流,实现融冰功能。并且通过MATLAB/Simulink软件对该装置进行了仿真实验。结果表明,该装置能够及时跟踪系统无功电流的变化,提供线路融冰所需的电流值,具有一定的工程应用价值。本文针对输电线路覆冰厚度预测模型和融冰模型做了探讨,也验证了模型的准确性和可行性。今后的研究工作中可以结合更多的实际覆冰案例对模型进一步改进,提高模型的泛化能力。

关键词： 输电线路   覆冰类型   导线覆冰形状   冰凌桥接   图像分析  

摘要： 输电线路覆冰是一种自然现象,由其引起的导线舞动、断线、绝缘子覆冰闪络、倒塔等事故时常发生,直接影响电网的安全运行和社会的安全稳定。国内外学者针对输电线路覆冰机理、监测技术和防护手段进行了系列研究,视觉传感器由于安装简单、结果直观等原因得到广泛应用。但大多数基于视觉传感器的图像分析方法主要聚焦在导线、绝缘子覆冰厚度测量方面,很少涉及对覆冰类型、密度、形状、冰凌桥接程度等与覆冰危害性密切相关的参数的测量,而这些参数对于冰灾场景下的覆冰理论和融冰技术至关重要。因此,本文从图像处理角度研究如何测量输电线路覆冰的类型、密度、形状、冰凌桥接程度等参数,并给出从前端图像获取到后台软件分析的系统性解决方案,对于提高输电线路在覆冰条件下的安全运行水平具有重要意义。本文的主要内容包括以下几个方面:1、为了提高恶劣气候环境下采集的覆冰图像的质量,提出了一种基于自适应低频衰减去雾的覆冰图像增强方法,实现对清晰度不高、光照不足、对比度低的有雾覆冰图像的增强处理。基于大气光成像机制和图像频域特性,构造了具有空间自适应性的衰减因子,并引入图像低频分量中完成去雾处理,同时对图像高频分量进行锐化处理以增强图像细节信息;指出基于低频去雾分量和高频锐化分量的重构图像,可以获得更好的去雾增强效果,并能够有效提高覆冰图像的整体对比度。与经典的去雾增强方法相比,本文方法对于不同背景和不同目标的多种输电线路覆冰场景具有健壮的鲁棒性和广泛的适用性。2、为了寻找表征不同覆冰类型的特征参数,首先给出了基于局部差值处理的纹理强化方法,用于突出覆冰图像表面纹理特征:基于不同覆冰类型纹理强化图的直方图分布特性,从中选出8个能够区分不同覆冰类型的统计纹理特征参数;在此基础上,提出了一种基于直方图多特征的LIBSVM覆冰类型自动识别方法,构造并训练了基于LIBSVM的覆冰类型识别模型,并通过一系列人工覆冰试验验证了该模型的有效性。结果表明,该方法能够有效区分软雾凇、硬雾凇和雨凇三种覆冰类型,平均识别准确率高达96.67%。3、针对自然覆冰环境下导线出现不规则覆冰形状的情况,提出了基于视觉传感器结合力学传感器的导线覆冰形状识别方法。首先,通过视觉传感器和图像分析,提取并测量了覆冰导线的正、俯视图中的直径分布,利用两视图下的平均直径构建了导线覆冰横截面形状的最小矩形包络;其次,借助力传感器和内置的力学计算模型,计算出导线覆冰横截面的等效面积;最后,在最小矩形包络和面积一定的共同约束下,给出了基于曲线迭代拟合的导线覆冰形状描述算法;此外,定义了圆度和重叠率等形状因子,评估拟合的覆冰形状与实测覆冰形状的接近程度。试验结果表明,该方法能够对导线覆冰过程中不同阶段的覆冰形状进行识别描述,也可以对不同覆冰类型下的导线覆冰形状进行识别描述,算法拟合的覆冰形状与实际测量的覆冰形状重叠率可达0.85以上。4、提出了基于图像分析的悬垂式玻璃绝缘子覆冰冰凌识别与评估方法,实现对绝缘子覆冰冰凌的桥接程度的状态评估。首先,通过改进的纹理滤波算子实现了冰凌区域的有效增强,并采用改进的局部标准差阈值完成对冰凌的分割;同时,利用归一化色差算子和最大类间方差阈值,实现了绝缘子伞裙的有效增强与完整分割;其次,提出基于最小平行轴外接矩形的冰凌长度计算方法,以及基于椭圆拟合的绝缘子伞间距计算方法;最后,结合冰凌长度和绝缘子伞间距,制定了冰凌桥接状态的评估规则。现场测试数据表明,该方法对绝缘子冰凌桥接状态的评估准确率可达92.17%,能够满足实际应用的要求。此外,为了探究上述方法在输电线路现场覆冰状态监测中的可行性,本文分析了各类算法对现场真实覆冰图像的处理效果和算法性能,在实际运行的110kV户外输电线路平台上完成了系统的现场安装运行,测试了后台专家软件中集成封装的覆冰图像增强、覆冰类型识别、导线覆冰形状识别、绝缘子冰凌识别各功能模块的识别效率,证实了该技术的有效性和可行性。本文对输电线路覆冰图像去雾、覆冰类型、密度、形状及冰凌桥接等覆冰状态量的图像识别与状态评估方法的研究,为输电线路覆冰状态的准确获取和可靠评估提供了新的检测思路和检测技术,为输电线路覆冰理论和融冰技术中关键参数的获取提供了新的依据。

关键词： 输电线路   等值覆冰厚度   预测模型   监测系统   力学监测   冰厚分析模型   粘结强度   冰体力学性能  

摘要： 输电线路的覆冰可引发导线舞动、风偏、脱冰跳跃等,并造成闪络、跳闸、金具和绝缘子损坏、断线甚至倒塔等事故,是威胁输电线路安全运行的重大隐患。输电线路等值覆冰厚度预测、监测方面的研究对覆冰灾害的防治有着重要的意义,有关覆冰力学性质的研究同样举足轻重。本文建立了输电导线等值覆冰厚度的气象预测模型与覆冰力学监测模型,利用雾荡岗综合监测系统的数据进行验证,并设计研制了真型导线覆冰名义法向粘结强度试验装置,试验实测了不同工况下的覆冰粘结强度。1.输电导线等值覆冰厚度预测模型。对覆冰基本类型与覆冰增长机理进行分析讨论,认为单一气象条件下的经典覆冰预测模型难以满足实际需要,总结了不同覆冰类型间的有效气象边界条件,并提出一种能够实现对整个覆冰周期内随气象条件变化而变化的覆冰类型及覆冰厚度进行判别与预测的模型。本模型使用易于获取的常规气象资料,采取逐时计算和叠加的方法,能直观地反映输电导线等值覆冰厚度随时间发展变化的趋势。2.基于绝缘子串拉力/倾角的等值覆冰厚度监测方法。在分析蒋模型与阳模型的基础上,以直线塔为例,采用合理的假定并考虑必要的对象,使用绝缘子串轴向拉力与倾角作为基本参数,提出了考虑导线由覆冰荷载引起应变的绝缘子串拉力/倾角-输电线路等值覆冰厚度计算公式,建立并求解了能够应用于直线塔的全面的力矩平衡方程。3.输电导线覆冰综合监测系统及模型验证。介绍了在嵊州市雾荡岗山区建立的一个由中尺度自动气象站、视频在线监测装置、覆冰在线监测终端及各自主站系统组成的输电线路在线监测系统,对其近两年的监测数据进行了整理分析。使用该监测系统获取的环境气象数据计算验证了本文第2章等值覆冰厚度气象预测模型的精确性,使用监测到的绝缘子串拉力、倾角等数据计算验证了本文第3章等值覆冰厚度力学监测模型的有效性。4.真型导线覆冰名义法向粘结强度试验研究。设计并研制了一套用于真型导线覆冰名义法向粘结强度测试的试验装置,在多种工况下进行了试验测试,获得导线-覆冰之间粘结强度的影响因素与关联程度,并与其他研究人员的试验结果进行对比,以期对输电线路覆冰的力学性质有更深入的了解,为更精确的脱冰除冰分析计算提供参考依据、对机械除冰起到指导作用。

关键词： 架空输电线路   放线施工技术   安全  

摘要： 架空输电线路施工是电力系统的重要组成部分,与电力系统的整体稳定性和安全性息息相关.因此,电力施工人员应做好放线操作工作,不断放线施工工序的规范性、科学性.本文将以超特高压架空输电线路张力放线施工为例,对架空输电线路施工的放线施工技术进行探究分析.

关键词： 覆冰厚度   图像融合   数学形态学   边缘检测   Canny算法   细胞神经网络  

摘要： 随着高电压技术的发展以及西电东送,北电南送等重大项目的开展,高压输电线经过高寒山区的情况越加普遍,使输电线路覆冰成为了影响输电线安全稳定运行的严重隐患之一。一旦输电线路严重覆冰,将会破坏输电设备,给国家经济带来极大的损失,给人民的生活带来许多的不便。输电线路覆冰已经成为电网安全稳定运行的重要因素之一。因此,输电线路覆冰问题必须引起重视。通过对现有方法的对比研究发现,目前有学者比较关注于研究输电线覆冰的模型,也有学者倾向于寻找简单的覆冰厚度计算方法,而忽略了覆冰的边缘对厚度检测的重要性。基于大多数的研究都是对实验室里的模拟导线覆冰或光滑的钢管来代替输电线路进行研究,受环境、天气等因素的影响,使得检测的结果可信度不高。针对以上因素造成的输电线覆冰厚度计算不精确,提出了使用基于输电线覆冰边缘检测的覆冰厚度研究方法。对于图像的预处理方法,提出使用小波去噪和线性变换结合的新方法对灰度覆冰图片进行图像预处理操作。对于边缘检测算法,提出使用CNN形态学的边缘检测和Canny算子边缘检测算法通过像素级融合的方法实现。对于有复杂背景的图片,再通过霍夫直线检测的方法进行去除背景干扰。最后,通过摄像机标定的方法,利用覆冰前后的像素和导线直径的比例关系计算得出覆冰厚度。文章对输电线路覆冰的原因以及用图像法检测覆冰厚度进行了分析研究,对边缘检测算子进行了研究,并使用Matlab软件对所使用的办法进行验证。通过仿真结果,可以发现传统的边缘检测算法会出现边缘检测不完整,文中所提的方法是比较实用的边缘检测方法,能更精确的检测出覆冰边缘信息,为电网的安全稳定运行提供更为精确的指导。

关键词： 特高压输电线路继电保护   原理   问题   发展趋势  

摘要： 本文从特高压输电线路继电保护特殊问题展开研究,意义重大.相关工作人员需要明确特高压输电线路继电保护的原理,同时把握线路中的继电特殊保护问题,最后对特高压输电线路继电保护的发展趋势展开了研究.

关键词： 输电线路   覆冰事件   覆冰规律类型   聚类   识别  

摘要： 输电线路覆冰可引发冰闪、舞动,甚至断线、倒塔,破坏线路基础设施,威胁电力系统安全。覆冰事件指输电线路从开始积冰到完成脱冰的整个过程,而覆冰规律类型可以反映整个过程中覆冰厚度的变化规律,对电网的防冰抗冰工作、线路覆冰厚度预测、线路抗冰设计等均具有重要意义。然而当前国内外针对覆冰规律的关注较少,缺乏系统总结输电线路所具有的覆冰规律类型及特点,缺乏覆冰规律类型的分类方法,更缺乏对覆冰规律类型的识别与预测方法等,因此亟需对输电线路规律类型作深入研究。随着输电线路覆冰监测技术的发展,积累了大量覆冰监测数据,使得大数据分析输电线路覆冰规律类型成为一种可能,同时人工智能算法在覆冰领域也获得了大量应用。本文基于南方电网输电线路覆冰预警系统监测数据和人工智能算法,研究南方电网输电线路覆冰规律类型,并提出类型识别方法。首先优化了直线塔和耐张塔覆冰力学计算模型,将输电线路力学监测参数转化为等效覆冰厚度,共收集97个覆冰事件。随后,提出覆冰事件聚类方法研究覆冰规律类型,针对覆冰事件时间序列长度不等和序列数量庞大的难题,提出了11个表征冰厚时间曲线的特征参数,针对类型数量不明确的难题,提出K-means分层加权聚类方法,97个覆冰事件聚类显示南方电网区域内有6种覆冰规律类型。最后,提出实现覆冰规律类型识别的神经网络方法,利用最大信息系数分析微气象类型与覆冰的信息包含程度,提取温度作为覆冰机器学习的特征量,分别构建并训练BP神经网络和GRNN神经网络,结果显示GRNN对覆冰规律类型识别精确性达70%～80%,满足精度要求。本文覆冰规律类型研究将进一步加强对南方电网区域内覆冰认识,对其他覆冰领域研究具有重要的参考价值。

关键词： 输电线路   覆冰增长   融冰时间   融冰电流   覆冰防治  

摘要： 在某些特殊的气候条件下,空气中的过冷却水滴碰撞在输电线路的导线表面后,会冻结形成覆冰,这种现象即为输电线路覆冰。严重的覆冰灾害会引起塔杆倒塌和线路断线等事故,威胁输电线路的安全运行。因此,研究输电线路的覆冰形成机理,实现根据环境和线路参数来预测覆冰的增长速度,并结合融冰时间和融冰电流的计算,制定合理的覆冰防治策略,是降低覆冰对线路危害的重要手段。水滴在输电线路周围受外力作用产生运动轨迹变化,进而影响覆冰增长过程。对于输电线路,水滴在受到空气流场作用的同时,由于自身极化荷电,也会受电场力的影响。覆冰气候下的导线极易产生离子流电场,相对于原有电场更加复杂。因此,有必要研究离子流电场影响下的覆冰增长机理,建立更准确的覆冰增长模型。为了揭示离子流电场影响下的覆冰增长机理,基于改进的模拟电荷法和二阶迎风有限体积法,迭代计算离子流电场强度和空间电荷密度,并且在计算中考虑了风速的影响,使该方法更符合输电线路的实际运行情况,提升了离子流电场计算的速度和精度。设计了一个基于电晕笼的实验装置对离子流电场的计算结果进行验证。分析了电压、导线半径和风速对离子流电场的影响。在所建立的离子流电场计算方法的基础上,分析水滴在电场中的荷电过程,进一步计算了存在水滴的离子流电场。为了分析离子流电场作用下的覆冰增长机理,采用欧拉-拉格朗日法数值计算水滴在气体流场和离子流场中的运动轨迹,通过分析得到离子流电场影响覆冰增长的机理是荷电水滴在离子流电场的作用下,会增大水滴与导线之间的碰撞率,从而导致覆冰增长速度加快。在此基础上,提出考虑了离子流场的覆冰增长模型,设计了相应的实验,验证了该覆冰增长模型的准确性和离子流电场对覆冰增长的影响。基于电流焦耳热融冰方法,根据环境和线路参数计算融冰时间和融冰电流。分析了覆冰导线的热传递过程,基于覆冰导线温度分布的数值计算,通过融冰过程中覆冰的形状变化计算融冰时间。并且,根据所建立的考虑了离子流场的覆冰增长模型,将融冰过程中覆冰继续增长这一情况加以考虑,提出相应的融冰时间计算方法,并分别对无覆冰增长和覆冰增长两种情况下的融冰时间进行计算。根据线路的设计和运行要求,计算了最小和最大融冰电流。通过实验验证融冰时间的计算方法。研究了包括并联电容器无功补偿融冰、分裂导线融冰和交流、直流短路融冰的焦耳热融冰方法,作为覆冰防治方法的选择依据。根据本文提出的考虑了离子流场的覆冰增长模型,以及融冰时间和融冰电流的计算方法,提出了一种输电线路的覆冰防治策略,该策略以覆冰增长速度和覆冰防治功耗最小为目标实现覆冰防治策略,对覆冰线路的防冰和融冰进行选择,为输电线路的覆冰治理提供了参考。在66 k V线路上进行了现场融冰试验,对融冰时间计算和覆冰防治策略进行了验证。本文对输电线路覆冰增长机理和防治策略进行了研究,分析了离子流电场影响下的覆冰增长机理,在覆冰增长模型的碰撞率参数的计算中,加入了离子流电场的影响,提升了覆冰增长模型的准确性。给出了融冰过程中覆冰仍然增长情况下的融冰时间计算方法。基于本文研究成果建立的覆冰防治策略,可以通过环境和线路参数以及覆冰厚度,对线路的覆冰防治方式进行决策,减少覆冰防治过程中的功耗,提升覆冰防治的经济性。

关键词： 同塔多回线   相模变换   故障选线   12序分量法   纵差保护  

摘要： 同塔多回输电线路独特的输电方式,能够有效节省用地面积、降低建设成本等优点,很好的缓解了输电容量的不足与国民用电不断增加之间的矛盾,引来了越来越多的学者的关注。然而,同塔多回输电线路系统内部繁杂的线间和相间电磁耦合,给故障诊断和各种整定阈值都带来了新的难题。本文主要围绕同塔多回线路的去耦方法、线路判别、补偿计算以及参数不对称时的纵联保护方案进行分析和研究。在传统的六序分量法的基础上分析推导出新的相模变换矩阵对各回线阻抗进行去耦处理。基于解耦出的独立模量间的关系,定义新的参数K,根据参数K在不同回路故障时,取值不同,进而提出新的故障选线判据。通过进一步的数学分析和实验验证,该去耦流程和故障线路判别对于一般在电气上不对称的同塔双回线仍然适用。同塔双回线路间的去耦流程和故障线路判别可进一步推广至四回线路中。对于一般在电气上不完全对称的四回线,需要在去耦计算中引入相对应的参数,根据综合变换矩阵的逆矩阵,能够推导出不对称参数与故障选线判据无关,即四回线不论在电气上是否对称,该故障线路判别方法都能可靠的选出对应的线路。此外,经过对故障短路电流的计算,检验了该去耦流程的可行性。通过详细的介绍了单区间超高压输电时,对地电容和相间电容对差动继电器动作特性的影响,同时结合同塔双回线在频域和时域下的两种不同的去耦流程,可以画出相对应的序分量和模量的π型电路,并根据等效电路图推导出以相互独立的序分量和模量为基础的补偿计算流程。从传统的继电保护入手,联合扩展的12序分量法,提出了一种适用于更贴合实际工程的同塔四回线路的纵联差动保护方案。从扩展的12序分量法可知,在对线路参数去耦后可以得到相互独立的的同向量和环流量。根据环流分量只存在输电线路系统里面的特性,推导出了以环流量网络为基础的差动保护计算。

关键词： 架空输电线路   电气施工   安全管理  

摘要： 架空输电线路电气作业的主要内容包括构件的地面组装、分段吊装、架线施工以及整体组立等环节.在进行作业时,不仅需要利用机械设备来辅助作业,还需要每个作业人员的高度配合,实现人机统一协作,需要安排登塔人员进行杆塔作业,地面上的工作人员需要密切操作地面机械、高空施工人员还需要与地面的施工人员进行相互协作,另外,在高空施工人员与地面机械设备配合过程中存在一定的问题,由于两者之间在配合时存在一定的难度,同时还可能出现垂直交叉的施工可能,这样会导致较大的施工隐患出现.本文对架空输电线路电气施工的主要操作流程进行整合评估,对于每一个施工环节中存在的安全隐患,都需要制定出完善的安全方案,施工方案做到'三算''四验''五禁止',其'三算'主要内容为:第一,进行拉线的计算;第二,进行地锚的核算;第三,对作业的安全距离进行核算.'四验'的主要内容为:第一,施工前的拉线施工进行验收;第二,在施工前对地锚进行检验;第三,施工前进行索道的验收;第四,对地脚螺栓进行施工前的检验.'五禁止'的主要内容为:第一,禁止不配备有害气体检测装置;第二,禁止不使用攀登自锁器和速差自控器;第三,禁止不配备救生装置;第四,禁止不交替平移子导线;第五,禁止使用正装法.必须要严格遵守以上操作流程,这样不仅可以降低作业的安全隐患,还能进一步提升施工现象的管理水平和控制能力.