关键词： 电力金具   U型环   静力学分析   摩擦磨损模型分析   结构优化  

摘要： 在国民经济迅速发展的背景下,电力需求不断增长,输电线路作为电能传输的关键载体发挥着重要作用,其中电力金具等金属配件对于电网的稳定运行至关重要。电力金具不仅需要承受导线自身重量,还需要承受其它因素的影响,而风载荷是其中最为严重的一种。风荷载导致的摆动作用,使得连接金具表面在不断的摩擦接触中产生形状和尺寸的磨损与损失。这些因素共同影响着电力金具的稳定性和使用寿命,因此对其磨损问题研究具有重要意义,提高金具的耐磨性是一个值得深入研究的问题,主要开展了如下工作: (1)为了更加真实、有效的模拟电力金具的磨损情况。本文首先介绍韧性金属损伤,本构模型和损伤模型,获得本构模型和损伤模型十个参数的方法,以常见金具材料Q235钢为例,仿真不同情况下光滑圆棒拉伸实验。获得金具材料Q235钢Johnson cook的本构参数和损伤参数,为后续利用ABAQUS模拟金具磨损提供相关数据。 (2)利用ABAQUS建立了输电线路整体连接金具模型,探讨无风情况下和风载荷存在情况下金具的应力和位移情况,结果表面:风载荷存在的情况下对金具的位移和应力有显著影响,从局部金具应力分析可以看出,U型挂环的应力值较大,风载荷反复存在时,容易造成U型挂环之间的磨损。为了更好了解U型挂环磨损特性,对U型环进行静力学分析和摩擦磨损模型分析,在U型环静力学模型中,分析上下U型环的应力、应变等情况,结果表明:在静力学中,U型环的应力值较小,U型环的应力分布较均匀,但也并不是完全对称;在U型环的摩擦磨损模型中,分析不同角度U型环应力应变情况和金具的磨损特性,结果表明:在摆动摩擦过程中,上U型环的等效应力始终高于下U型环,最大等效应力的影响区域以及最大应力值都会动态变化,整体应力场会沿着滑动方向发生偏移,而最大应力点始终位于运动前方接触面的边缘。在定载荷进行不同次数下的磨损,发现随着磨损次数的增加,U型环截面剩余尺寸的变化率呈现出近乎线性下降的趋势。 (3)针对抗磨损性能提升技术,从结构优化方面进行探讨,首先是采用高耐磨材料;其次是改变金具的组合形式,增大连接处的接触面积;第三是增大金具的接触面积,通过增加金具的接触面积,降低应力集中,提高金具的抗磨损性能;最后是对金具表面进行有效处理。

关键词： 连续激光   聚乙烯薄膜   温度演变   清障参数  

摘要： 在电力系统中,塑料薄膜、树枝等悬挂异物对输电线路的运行造成严重危害。传统的清障方法虽在一定程度上解决了输电线路悬挂异物问题,但清障效率较低且存在安全隐患。近年来,随着高功率激光器的发展,研究发现,利用激光清除输电线路异物,能显著提高清障效率,且不会污染环境。目前关于激光清障技术的研究主要采用脉冲激光在静态条件下的物理模型进行探讨,忽略了扫描速度对激光清障过程的重要影响。因此,本论文以钢芯铝绞线LGJ300/40为输电导线、电网典型悬挂异物—聚乙烯薄膜为清障对象,进行了1μm连续激光动态清障的相关研究。具体开展的研究内容和取得研究成果如下: （1）理论研究:基于激光与聚合物材料相互作用理论,探讨了1μm连续激光与聚乙烯薄膜以及钢芯铝绞线LGJ300/40之间的热传导过程,建立了1μm连续激光扫描清除聚乙烯薄膜以及1μm连续激光扫描辐照钢芯铝绞线LGJ300/40的理论模型。此外,为实现激光清障设备的精准瞄准,分析了激光清障设备上相机视轴与激光光轴之间误差产生的原因,并建立了相应的误差校准理论模型。 （2）仿真研究:利用有限元仿真软件对1μm连续激光扫描清除聚乙烯薄膜的过程进行了数值模拟。通过对空间域和时间域的网格划分,动态分析了聚乙烯薄膜的温度演变和烧蚀形貌,确定了不同颜色聚乙烯薄膜的清除速度区间,并进一步计算了清除效率。最终,通过求解得到了1μm连续激光扫描清除不同颜色聚乙烯薄膜的最佳清障参数。此外,采用聚乙烯薄膜的最佳清障参数进行了1μm连续激光扫描辐照钢芯铝绞线LGJ300/40的数值模拟,结果显示激光能量不会对其造成损伤。 （3）实验研究:首先开展了激光清障设备上相机视轴和激光光轴的误差校准实验,验证了所建理论模型的准确性。进一步开展了不同激光参数下1μm连续激光扫描清障的实验研究。结果显示:当激光功率密度一定时,不同颜色的聚乙烯薄膜均具有对应的清除速度区间以及清除效率。其中,聚乙烯薄膜的清除效率与激光扫描速度呈正相关。在1μm连续激光的功率密度为800W/cm2时,蓝色、粉色、紫色、绿色、黄色和红色聚乙烯薄膜的最佳清除速度分别为6.1mm/s、3.5mm/s、1.2mm/s、1.1mm/s、0.2mm/s、0.2mm/s,对应的清除效率分别为6.158mm/s、3.536mm/s、1.209mm/s、1.109mm/s、0.207mm/s、0.205mm/s。此外,不同颜色聚乙烯薄膜的吸收率不同。当激光功率密度一定时,最佳清除速度随着聚乙烯薄膜吸收率的下降而减小,进而导致清除效率降低。

关键词： 复合绝缘子   硅橡胶包覆均压环   有限元仿真   电场强度   紫外老化  

摘要： 近年来,随着人们环保意识的增强,生态环境不断改善,大型鸟类的数量和种类有所恢复,鸟类的活动范围也在不断增大,由于架空输电线路与鸟类的活动范围存在交叉重叠的区域,导致输电线路鸟害不断,严重威胁到了线路的安全可靠运行。在鸟害故障中,鸟粪与均压环的闪络放电是主要原因。为了降低鸟粪闪络故障的发生概率,本文研制了一种新型硅橡胶包覆均压环,采用有限元仿真分析与试验分析相结合的研究方法,研究分析了硅橡胶包覆均压环的防鸟粪闪络特性。 首先,本文对硅橡胶包覆均压环和防鸟粪闪络的基本原理进行了简要介绍。其次,建立110k V硅橡胶包覆均压环的实际仿真模型,借助有限元仿真软件,对于硅橡胶包覆均压环、开口式硅橡胶包覆均压环以及覆污后的硅橡胶包覆均压环在鸟粪不同距离、不同电导率情况下进行电场仿真研究。然后,通过配制模拟鸟粪液,改变鸟粪液的电导率、粘度、空间位置参数对硅橡胶包覆均压环的鸟粪闪络特性进行了试验研究。最后,将开口式硅橡胶包覆均压环进行了1000h的紫外老化,研究了其外观形貌、鸟粪闪络特性的变化。得到以下结论: (1)仿真分析表明随着鸟粪与均压环的距离增加,异面和共面下的鸟粪端部最大电场强度都有所下降,前者下降更多。当鸟粪距离超过500mm后,共面情况下几乎不再下降,维持在一个数值范围内波动,鸟粪电导率相同时,普通均压环和硅橡胶包覆均压环的鸟粪端部最大电场强度的差值最大。 (2)硅橡胶包覆均压环和开口式硅橡胶包覆均压环仿真中的最大电场强度差别很小。覆污程度的不同会影响鸟粪端部的电场分布,鸟粪端部的最大电场强度从高到低的排列为重覆污、中覆污、轻覆污、未覆污。不均匀覆污均压环相比均匀覆污均压环条件下的鸟粪端部最大电场强度更高一些,上表面覆污条件下则比下表面覆污条件下的更高。 (3)随着鸟粪电导率、粘度的提高,发生闪络放电的几率都在增加,鸟粪从共面位置下落时,虽然硅橡胶包覆均压环不能阻止鸟粪闪络放电,但是在一定距离条件下,避免了均压环本身与鸟粪闪络的概率。 (4)在开口式硅橡胶包覆均压环的覆污试验中,随着附盐密度的增加,闪络次数明显增加,不均匀覆污下比起均匀覆污更容易发生闪络放电。 (5)硅橡胶包覆均压环在经历1000h的紫外老化后,其外观形貌、防鸟粪闪络特性几乎没有变化,耐老化性能优异。

关键词： 输电线路   航拍图像   绝缘子缺陷检测   Faster R-CNN  

摘要： 随着我国电力需求的不断增长,保障输电线路的高效与稳定运行已成为电力巡检工作中不可或缺的核心任务。绝缘子作为输电线路的关键部件,起到支撑线路和强化电气绝缘的重要作用。然而,由于长期暴露于户外严苛环境,绝缘子容易发生掉串故障,严重影响电力系统的安全稳定运行。因此,如何对绝缘子进行及时有效的缺陷检测成为一个很有实用价值的研究课题。 近年来,深度学习的飞速发展为绝缘子缺陷检测提供了新的有效途径,相比于传统的图像处理方法,深度学习在检测精度和效率上都表现出明显的优越性。但在实际的航拍绝缘子图像中,因其背景复杂多样、缺陷不明显等特点,绝缘子缺陷检测很容易出现漏检或误检等问题。为了更好地满足航拍绝缘子图像缺陷检测的特性需求,本文改进了一种基于Faster R-CNN的输电线路绝缘子缺陷检测算法,以提高航拍图像绝缘子缺陷检测的精度和效率。主要研究工作如下: (1)构建了可训练的绝缘子数据集。本文采用Github上的公开绝缘子数据集作为原始数据,并使用Labelimg软件对数据集进行标注,然后针对绝缘子数据不充分的问题,使用旋转、翻转、改变亮度对比度、增加噪声等处理方式对数据集进行扩充,为模型训练提供了数据支持。 (2)针对航拍图像背景复杂多样的问题,本文通过采用更高效的Swin Transformer网络,对Faster R-CNN算法的特征提取网络进行优化和设计。接着引入GAM注意力模块,改进了一种新型的GAM-SW特征提取网络,该网络实现了特征通道中包含的不同信息量的加权处理,同时兼顾了邻近特征通道之间的依赖程度,增强了目标特征的比重,大幅提高了绝缘子缺陷检测在复杂背景下的检测精度和效率。实验表明,与传统模型相比,改进后Faster R-CNN算法检测精度提升了12.5%,速度每秒提升了2.63帧,检测效果得到大幅度提升。 (3)针对航拍距离和角度不同导致目标尺度不一、形态多变的问题,本文在第三章改进的Faster R-CNN基础上,对绝缘子缺陷检测算法进行多尺度融合改进。通过构建路径聚合特征金字塔网络,实现不同尺度绝缘子特征图在不同尺度上的特征融合,解决了目标尺度不一的问题。接着引入可变形卷积模块,对特征融合网络进一步改进,增强了网络对不同形态绝缘子缺陷的自适应能力和鲁棒性。最后采用MPDIOU损失函数对算法进行优化,改善了算法检测框的评分机制,进一步提高算法在绝缘子缺陷检测上的精度。实验表明,改进后的多尺度绝缘子缺陷检测算法检测精度达98.3%,检测速度每秒24.77帧,相较于传统算法,其检测精度和速度都得到大幅度提升。 (4)设计并实现了基于PyQt6的输电线路绝缘子缺陷检测系统。针对输电线路中绝缘子的缺陷问题明确了系统设计的需求,确定了系统的整体框架与各个功能模块。然后通过PyQt6搭建系统界面,采用Qt Designer开发界面进行软件编译,实现了绝缘子缺陷检测系统。该系统不仅能够准确识别并判断绝缘子的缺陷状态,还具备良好的用户界面和交互设计,使用户更加方便地输入所需的参数和指令,记录检测的运行状态和结果。

关键词： 单目视觉   树障生长预测模型   边缘检测   灭点算法   输电线路树障测距  

摘要： 电力供应是现代经济发展的重要基石之一,而输电线路则承担着连接发电站与用电端的重任,确保电力传输的高效、安全以及可靠性。然而,树障问题却对输电线路的正常运作带来了严峻挑战,不仅增加了电力系统运营的复杂性,更提升了潜在的风险。近年来,如何有效进行树障巡检成为了许多研究团队倾力研究的课题,研究人员致力于探寻更为高效、精准的巡检方法,以期降低树障对输电线路的影响,确保电力传输的安全与稳定,这无疑也是当前电力行业的一大焦点所在。 为了有效解决输电线路树障问题,本研究提出了一种采用单目视觉技术的分析方法,目的是提高树障检测的准确性和效率。主要建立了麻雀算法优化随机森林的树障生长预测模型,提升树木生长趋势的预测准确率;对传统的Canny边缘检测算法进行了优化,使其能更有效地从摄像机捕获的图像中识别出树障的边缘;提出一种基于深度线索的单目深度估计灭点算法,通过计算得到灭点坐标;提出树障的测距与测高研究的模型,通过灭点坐标进而估算树障的距离与高度。 (1)针对输电线路的树障隐患检测,研究了导线的弧垂隐患和风偏隐患。对于树障生长预测模型,分析了传统的理论生长方程和随机森林算法,并提出了一种利用麻雀算法优化的随机森林方法。该方法在预测树木生长方面,与传统理论方法和未优化的随机森林算法相比,展现了更高的预测精度。通过严格的模型精度检验,证实了麻雀算法优化随机森林在处理树木生长数据上的有效性。 (2)深入分析了边缘检测技术在树障分析过程中的关键作用,并对众多传统的边缘检测算法进行了细致的评估和对比。基于这些深入的探讨,提出了一项改进的Canny边缘检测算法。这一新算法增强了对树障和输电线边缘的检测能力,相较于原始Canny算法,其IED(Image Edge Definition)值提高了约1倍,提升了边缘的清晰度,使得树障与导线的轮廓更加明显,从而有助于进行更精确的树障分析。 (3)研究相机标定的关键技术与方法,利用张正友标定法来实现对相机的精确校准,并结合LSD(Line Segment Detector)直线检测算法来识别图像中的直线特征。通过RANSAC(Random Sample Consensus)算法进行数据拟合,提出了一种灭点检测算法,从二维图像中提取三维空间信息,并成功地确定了灭点的坐标。 (4)结合已确定的灭点坐标,对输电线路附近的树障进行了距离和高度的测量研究。为此,分别构建了适用于低视角和高视角的距离测量模型。借助相机的高度作为基准,能够精确地测量出导线附近树障的距离及其高度。实验验证了本方法的有效性,相对误差被成功控制在±6%以内。

关键词： 绝缘子   改进YOLOv4   改进YOLOv5   故障检测   树莓派  

摘要： 随着我国电网规模的不断扩大,以及特高压输电线路的不断发展,架空输电线路的数量不断增多,随之而来的巡检问题也越来越大,常见输电线路故障有绝缘子缺陷、异物悬挂和杆塔筑巢等,严重影响电力系统的正常运行。传统的巡检方式需要耗费大量人力物力,检测成本高、效率低。随着无人机和人工智能技术的发展,针对上述输电线路的故障问题,开展了基于YOLO目标检测算法的架空输电线路的故障检测算法研究,本文的主要工作: 1.针对单目标故障检测,本文提出一种改进YOLOv4的绝缘子缺陷检测方法,首先以轻量级模块Mobilenet-V1对YOLOv4的主干特征提取网络进行替换,深度可分离卷积替换加强特征提取网络的3×3卷积,这样操作能够降低网络结构参数量。最后分别在初步特征提取和加强特征提取环节引入sc SE注意力机制,提升网络的精度。 2.针对多目标故障检测,本文提出一种基于改进YOLOv5多目标检测方法,采用轻量级网络Ghost Net V2作主干网络,加强特征提取网络的模块采用深度可分离卷积和C3-SAC模块,GhostNetV2网络和深度可分离卷积能够使网络的参数量大幅降低。其次C3-SAC模块和CA注意力机制的加入能够提高网络的整体精确度,最后使用Focal-Eio U损失函数,加快网络收敛。 3.针对树莓派硬件和功耗限制,直接部署会占用大量计算资源,所以采用神经棒对算法进行加速,构建目标识别检测系统,采用VNC界面来显示检测结果,在树莓派上实现实时检测。 图[44]表[11]参[83]

关键词： 架空输电线路   迁移改造   电缆线路  

摘要： 本文针对110 kV架空输电线路迁移改造电缆线路施工的关键技术进行了探究。通过对相关重点和难点进行分析，从防雷施工、防虫施工、防火施工三个方面，明确了施工过程中的关键技术。随后详细探讨了迁移改造过程中的质量控制方法，包括合理选择设施、完善敷设施工、做好施工验收等。通过本文的论述，旨在为相关领域从业人员的研究和实践提供有益的参考。