关键词： 销钉检测   绝缘子检测   注意力机制   深度学习   电力巡检  

摘要： 输电线路承担输送电能的重要任务,需要定期巡检和维护。销钉和绝缘子是输电线路中的重要元件,一旦发生故障,可能造成大规模停电。在实际的电力巡检中,销钉目标过小、绝缘子背景复杂等问题,可能导致隐患未能及时检出。针对上述问题,注意力机制可以增加尺度和空间感知,自动捕捉最关键的信息。因此,本文以航拍图像中的输电线路元件作为研究对象,结合电力巡检的要求,研究了基于注意力机制的航拍输电线路缺陷检测方法。针对不同的元件和检测任务,本文分别提出了一种基于融合注意力机制的销钉检测方法和一种基于Transformer自注意力机制的绝缘子检测方法。主要工作如下: 首先,针对销钉缺陷目标过小的问题,本文提出了一种融合了尺度注意力和空间注意力的销钉缺陷检测方法。该方法基于Res Net-50特征提取网络,通过引入卷积注意力模块,提高了注意力特征提取能力;通过改进的特征金字塔结构,加强了低层位置信息的利用率;通过提取并融合目标尺度和空间自注意力,设计了融合自注意力检测器,能够增强目标的尺度感知和空间感知;通过利用生成焦点损失函数,将分类与质量评估联系起来,增强训练测试一致性。本文方法在自制的输电线路销钉检测数据集上进行训练和测试,实验证明本文方法可以有效提升销钉缺陷检测精度。 其次,针对绝缘子背景复杂的问题,本文提出了一种基于Transformer自注意力机制的航拍输电线路绝缘子检测方法。该方法基于Swin Transformer特征提取网络,通过改进自注意力机制,增强了网络特征提取能力;通过搭建位置传输模块,提高了网络对绝缘子位置信息的传输能力;通过改进的特征金字塔结构,增强网络特征融合能力;通过引入无框检测机制,加强了网络对缺陷目标的定位;通过设计动态标签分配策略,训练不同标准的正负样本,增加网络泛化能力。本文方法在自制的输电线路绝缘子检测数据集上进行训练和测试,实验证明本文方法可以有效提升绝缘子缺陷检测精度。 综上,本文通过对输电线路航拍图像的深入分析,研究了基于注意力机制的航拍输电线路缺陷检测方法,针对不同输电线路元件的特性,分别对销钉缺陷和绝缘子缺陷在精度上进行优化。实验结果表明,本文提出的检测方法可以有效地满足输电线路电力巡检任务需求,具有一定的理论意义和研究价值。

关键词： 高阻接地故障   启动元件   过渡电阻   输电线路   小电流接地系统   小电阻接地系统  

摘要： 过渡电阻的存在会影响继电保护的动作性能,尤其是单相高阻接地故障。输配电网对树木、草地、山火等放电时,过渡电阻不仅呈现高阻,而且具有缓慢变化的特征,导致输配电线路保护及小电流接地系统选线装置启动元件无法启动,故障不能及时被切除或识别,影响供电可靠性,不利于系统的安全稳定运行,甚至可能造成人身伤亡。针对输配电网缓慢变化的高阻接地故障,本文开展了以下研究工作:(1)研究了输电线路保护(如:纵联差动保护、距离保护、零序电流保护)及启动元件(如:相电流差启动元件、零序电流启动元件)的耐过渡电阻能力,分析及仿真表明,输电线路保护存在保护判据能够反应的高阻接地故障,但启动元件无法启动的情况。分析讨论了过渡电阻对小电流接地系统选线及其启动元件的影响,也存在选线判据能够实现选线,但零序电压启动元件无法启动的问题。进一步讨论了过渡电阻对小电阻接地系统配电线路保护及启动元件的影响,同样存在保护判据能够达到动作值但启动元件无法及时启动的问题。(2)针对输电线路高阻接地故障时保护不能及时启动的问题,提出了一种基于过渡电阻识别的输电线路保护启动元件,主要包括过渡电阻启动元件和过渡电阻变化速率启动元件两部分。分析计算表明过渡电阻变化速率远大于相电流差突变量和零序电流变化速率。根据输电线路单相接地故障复合序网,利用线路两侧零序电流及本侧三相电压、电流计算过渡电阻值及其变化速率,当过渡电阻值低于整定值时发出告警信号,进一步若过渡电阻变化速率大于整定值时启动输电线路保护。(3)针对小电流接地系统高阻接地故障时选线装置不能及时启动的问题,提出一种利用过渡电阻值启动的选线启动判据;同样针对小电阻接地系统配电线路保护不能及时启动的问题,提出一种利用过渡电阻值启动的保护启动元件。根据单相接地故障的零序网络计算过渡电阻值,利用过渡电阻值低于整定值作为小电流接地系统的启动选线判据以及小电阻接地系统配电线路的保护启动判据。PSCAD/EMTDC仿真表明,所提出的方法能够提高输电线路保护启动元件、小电阻接地系统配电线路保护启动元件及小电流接地系统选线启动元件的灵敏性,缩短了启动时间,有利于供电可靠性和系统运行的安全稳定性。

关键词： 输电线路   无源干扰   铁塔建模   弧垂特性   正交试验   显著性分析  

摘要： 随着特高压交、直流输电工程的大量涌现,其因电磁再辐射作用对周边通讯设备的干扰影响愈加突出。传统输电线路无源干扰研究中,没有系统讨论特高压等级下电力塔及传输线考虑其相关物理特性时的电磁干扰情况。不同频段输电线路中电磁散射体的影响比重尚未明确,无法为主动防护措施的制定提供理论依据。本文通过对建立的用于特高压输电线路无源干扰研究的考虑相关物理特性的塔、线模型进行仿真计算,明确其在各频段无线电磁波下的无源干扰影响规律,利用数学方法分析出输电线路中造成干扰的主要影响因素。 为解决传统输电线路无源干扰防护标准制定中数据来源于单一陈旧铁塔仿真模型的问题,本文以特高压交、直流输电工程中五种典型应用的角钢铁塔为例,建立了用于仿真计算的线、面模型,以塔型结构和辅材角钢作为研究变量,分析了其在铁塔无源干扰结果中的影响规律。在模型仿真的前处理环节中,提出了一种“铁塔主材粗剖分、辅材细剖分”的分部剖分法,改进了线模型在高频计算时因线单元长径比不满足要求导致感应电流出现驻波的问题;通过改进铁塔面模型的网格质量,在维持原有计算精度不变的基础上节省了内存和时间。 为解决输电线路无源干扰仿真建模中忽略传输线及其特性的情况,本文建立了计及弧垂特性的架空导、地线无源干扰模型,仿真并讨论了其在不同极化角度平面电磁波下的无源干扰影响特性。因架空导、地线物理特性与其排列方式、悬挂高度、档距长度和个数有关,分别讨论了上述因素变化时模型无源干扰结果的变化规律。通过对输电线路中两种主要电磁散射体的无源干扰特性分析,为新形势下特高压输电工程无源干扰防护标准的制定提供了理论依据。 最后,本文建立了包含地面不同粗糙程度、铁塔不同类型以及架空传输线不同弧垂长度的无源干扰仿真完备组合模型,解决了传统分析输电线路无源干扰影响因素时忽略散射体间电磁耦合的问题。提出了一种基于正交试验设计组合模型进行仿真计算的方法,大幅降低了建模工作量。通过直观分析和方差显著性分析,得出在不同频段时组合模型中各类属性因素对无源干扰结果的影响比重。最后通过建立三种单因素抑制模型并与完备组合模型与进行对比,验证了后者在无源干扰仿真分析中建模的合理性,为制定更加经济且节省土地资源的无源干扰主动防护措施提供了重要参考。

关键词： 输电线路   碰撞系数   振动导线   多相流   动网格   数值模拟  

摘要： 高压输电线路在高海拔或低气温环境下易发生覆冰现象,过冷雨滴撞击导线表面结冰,进而易于诱发导线舞动。碰撞系数决定了导线捕获雨滴能力的大小,是研究覆冰增长的重要参数,其计算准确与否直接关系到覆冰预测的精度及准确性。但针对碰撞系数的研究多基于静态导线,关注风场特性、雨滴粒径等关键参数的影响,鲜见涉及导线振动对碰撞系数影响的讨论,这与输电导线实际运行工况存在明显差异。本文基于欧拉-拉格朗日法对单根、分裂导线在多种工况下的碰撞系数进行求解,并对导线碰撞系数的影响因素进行分析,论文主要工作与结论如下:(1)为阐明直流电场对导线碰撞系数的影响,分析了电场强度、雨滴电荷密度、导线截面形状等参数与碰撞系数之间的关系。当导线电场强度增大时,碰撞系数逐渐减小,钢芯铝绞线在无电场作用下的碰撞系数略小于简化圆截面导线,在直流电场作用下,风速在8m/s的范围内,导线碰撞系数随风速的增大而减小,超过该阈值后,碰撞系数基本不变;(2)对振动导线的碰撞系数进行分析计算,提出了一种振动导线碰撞系数的计算方法,利用用户自定义函数(UDF)和动网格功能对导线的振动过程进行模拟,分析导线振动频率、幅值等参量对碰撞系数的影响。在电场条件下,当导线振动频率10～50Hz时,导线碰撞系数随频率的增加呈指数形式增长。对于同一种导线频率和场强,碰撞系数随着导线振幅的增大而升高。电场强度在0～50kV/cm范围内,碰撞系数随场强的增加呈线性衰减;(3)对分裂导线的背风子导线碰撞系数进行了探究,探究了分裂导线间距、导线夹角等参量对碰撞系数的影响。随着导线间距的增加,背风子导线的碰撞系数逐渐升高,随后保持不变。当导线夹角不为0°时,碰撞系数几乎不发生改变。最后,计算了背风子导线在次档距振荡工况下的碰撞系数,分析了四分裂导线的气动力特性,探究不同风速下各分裂子导线的碰撞系数及表面受力情况。

ISBN: (纸本)9787550937574

关键词： 非接触式测量   电场传感器   Maxwell仿真   输电线路   防外破  

摘要： 随着电力输送工程建设的快速发展,输电线路附近的吊车设备不断增多,其遭受外力破坏的风险也随之增加。加之操作人员对电力知识、安全意识的匮乏以及外界地形复杂、存在视线盲区等因素,增加了输电线路被外力破坏的几率,对生产生活造成严重影响。针对以上问题,设计一款面向输电线路的非接触式吊车防碰撞检测装置,降低输电线路被外破的风险,具有较好的研究价值,本文主要研究内容如下。(1)简要分析了非接触式测量和吊车设备防碰撞的研究现状,基于电磁场理论确定传感器的选取,推导了电场强度、线路带电电压以及传感器感应电压之间存在的比例关系。(2)针对输电线路附近的电磁场环境复杂,电场分布受多种因素影响的问题,建立不同电压等级、不同排列方式的输电线路Maxwell模型,仿真分析输电线路周围的空间电场分布规律,并探究输电线路存在同塔架设或者线路故障时对电场分布的影响,分析装置的抗干扰能力,通过电磁场仿真对装置的整体设计方案进行修正指导。(3)建立测量装置的总体框架,进行硬件电路、软件程序的设计及电磁兼容设计。针对线路存在高频电磁噪声干扰、影响测量精度等问题,设计了电压信号调理电路,包括通过分压、跟随、滤波、整流等电路进行信号处理,处理后进入到单片机的信号采集端,并分析设计了通信、报警及电源等模块,然后介绍了软件程序设计,包括主程序、通信、数据处理等部分,最后设计电磁兼容以提高使用的稳定性。(4)搭建实验平台进行测试并分析。模拟实验利用信号发生器产生正弦交流信号模拟传感器的感应电压输出,模拟输入与输出之间具有良好的线性度,线性相关系数分别为0.99826和0.99891,符合预期;高压测试包括抗干扰、距离、位置等多组实验,测试结果表明传感器感应电压和距离之间呈反比例关系,距离越远,感应电压值越小,且电场传感器感应电压和模拟导线的电场强度有着良好的线性度,线性相关系数为0.99791,装置在输电线路安全距离位置时能够实现预警功能;现场测试装置运行良好,满足测试的要求,具有良好的可靠性、安全性、便捷性。

关键词： 无人机巡检   防震锤缺失检测   YOLOv4   MobileNetv3   SIOU  

摘要： 防震锤是输电线路上主要用来抑制导线上下摆动的保护金具。当防震锤长期遭受外界自然因素的影响会导致重锤坠落,若不能及时发现并更换缺失的防震锤,会增加输电线路由于长期疲劳而发生断股的风险。为解决电力巡检中防震锤缺失检测效率较低的问题,本文提出一种基于航拍图像的防震锤缺失检测算法。 （1）利用对无人机航拍所获取的图像进行筛选、增强、标记、来构建防震锤缺失检测数据集:其中包含防震锤完好（hammer）、防震锤缺失（lose）两类目标物体。共获得3234张图像为防震锤缺失检测模型的训练、测试、验证提供数据基础。 （2）在传统的损失函数的基础上考虑预测框与真实框中心点间的矢量性关系,使用SIOU损失函数加强对模型的约束能力完成防震锤缺失检测模型的设计。 （3）YOLO V4算法的卷积神经网络存在模型较大、参数量多、检测速度较慢的问题,因此本研究模型首先运用轻量型网络Mobile Net V3作为主干特征提取网络对YOLO V4网络结构进行优化。 （4）为减小YOLO V4算法参数量的同时保证特征信息的提取能力,在对PANet进行轻量化的同时在空间金字塔池化（SPP）上引入不同空洞率的空洞卷积,该方法在扩大感受野的同时能够保留更多有用的特征信息,使上下文的特征信息得到充分利用。 试验结果表明:本研究模型在防震锤缺失检测数据集上有较好的检测效果。其中,防震锤完好（hammer）与防震锤缺失（lose）的检测精度（AP）分别为92.50%、83.86%,较优化前分别提高0.46%、1.26%;均值平均精度（m AP）为88.2%,较优化前提高0.8%。模型大小为108.64M,约为优化前的1/2;平均推理速度（FPS）为17.8 f.s-1,较优化前提高了4.3 f.s-1。因此本研究模型在防震锤缺失检测上具有较高的检测进度,且模型具有较好的检测性能,能够提升防震锤缺失检测效率。

关键词： 特高压直流   土壤电阻率   线路避雷器   抑制过电压  

摘要： 特高压直流输电(ultra high voltage direct current transmission, UHVDC)以输电容量大、线损少、输送距离远等显著优势成为解决中国能源与需求呈逆向分布问题的重要方案。然而，由于其输送距离远，跨越区域的地形和气候复杂，使线路沿线土壤电阻率分布不均匀。基于准东—皖南±1 100 kV特高压直流输电工程，分析了直流线路过电压机理，并采用电磁暂态计算软件PSCAD,针对直流线路不同平均土壤电阻率和四季实际土壤电阻率进行过电压仿真分析。结果表明，土壤电阻率会对换流站的反射产生影响，以及实际土壤电阻率会使最大过电压位置向送电侧偏移。通过优化线路避雷器的安装位置使过电压的抑制效果更优，为特高压直流输电工程的发展提供重要参考。