关键词： 架空输电线路   目标检测   语义分割   绝缘子状态检测   绝缘子非正常状态分割  

摘要： 绝缘子是架空输电线路的重要部件,绝缘子的完整性对于架空输电线路的良好运行至关重要。随着无人机技术的发展,采用无人机进行输电线路巡检成为了主流的巡检方式。传统的无人机巡检是通过巡检人员观察无人机巡检拍摄的图像或视频来判断绝缘子的状态,这种检测方式工作量大且效率低。随着深度学习发展,越来越多的研究人员采用深度学习技术对航拍图像的绝缘子状态进行自动检测。然而,架空输电线路的绝缘子所处背景环境复杂、绝缘子类型多样,无人机采集的航拍图像中绝缘子缺陷、破损和污秽的状态的分辨率比较小。现有深度学习方法的检测效果不佳,容易出现误检和漏检的问题。针对上述问题,本文基于深度学习分别提出了一个用于架空输电线路绝缘子状态检测的算法Insu-YOLO和一个用于架空输电线路绝缘子非正常状态分割的算法Insu-Seg Ne Xt。具体的研究内容如下:1)针对架空输电线路绝缘子状态检测与分割的研究,本论文分别构建了一个用于目标检测的架空输电线路绝缘子状态数据集和一个用于语义分割的架空输电线路绝缘子非正常状态数据集。目标检测的数据集包含有正常绝缘子串、绝缘子缺陷、绝缘子破损和绝缘子污秽这四个类别。语义分割数据集包含有绝缘子缺陷、绝缘子破损和绝缘子污秽这三个类别。2)提出了一个用于架空输电线路绝缘子状态检测的算法Insu-YOLO。Insu-YOLO构建了一个加权密集连接特征金字塔网络(WDFPN),可以提高原YOLOv3中深层特征图语义信息和浅层特征图位置信息的利用率,引入的更浅层特征有利于小目标检测。WDFPN结合所提出的注意力特征融合模块(AFF)和残差组卷积模块(RGCB),可有效提高模型对绝缘子状态的检测精度。在本论文构建的绝缘子状态数据集上进行验证实验时,InsuYOLO实现了90.41%的平均检测精度(m AP),优于其他现有的目标检测算法。3)提出了一个用于架空输电线路绝缘子非正常状态分割算法InsuSeg Ne Xt。Insu-Seg Ne Xt首先通过加权语义增强模块(WSEM)来提高模型的语义信息捕获能力,再使用注意力特征金字塔网络(AFPN)来提高模型深浅层特征图的利用率,突出表达重要的特征信息,抑制不重要的特征信息,从而有效提高了模型的分割性能。在本文构建的语义分割数据集上进行验证实验时,Insu-Seg Ne Xt实现了82.34%的平均交并比(m IOU)和90.66%的类别平均准确度(m ACC),优于其他分割算法。

关键词： 输电线路   绝缘子   积污特性   仿真模型  

摘要： 绝缘子在输电线路中起到重要的电气绝缘与机械支撑作用，污秽颗粒在绝缘子表面的黏附沉积是导致污闪事故发生的重要前提。工业粉尘环境中污秽颗粒成分复杂且浓度更高，虽然已加强外绝缘污闪事故的预防，但由于绝缘子运行环境的复杂性与伞形结构的多变性，宁夏工业粉尘区线路绝缘子污闪事故的发生仍无法避免。因此，对宁夏高浓度工业粉尘区绝缘子的积污特性进行研究，对建设坚强电网具有重要意义。本文主要工作及所得结论如下:　　宁夏地区工业粉尘环境下绝缘子自然积污特性的研究。首先，对宁夏电网110kV交流线路带电运行瓷绝缘子表面污秽进行检测发现宁夏工业粉尘地区绝缘子积污最重;然后，进行宁夏典型工业粉尘区（吴忠、石嘴山、中卫、宁东地区）绝缘子自然积污样本的采集与测量;最后，基于自然积污测量结果，对宁夏工业粉尘区绝缘子的自然积污特性进行分析研究。结果表明:宁夏工业粉尘区绝缘子表面D90颗粒主要集中在10～15μm区间;宁东与吴忠地区绝缘子表面污秽团聚现象较弱而石嘴山与中卫地区绝缘子表面污秽团聚现象明显;宁夏工业粉尘区污秽成分除SiO2外还包含有Al2O3和Fe3O4颗粒;相比其他三个工业粉尘区，宁夏吴忠地区绝缘子积污最为严重。　　宁夏工业粉尘区绝缘子自然积污仿真模型的建立。首先，基于气固两相流的绝缘子表面污秽沉积原理，给出了绝缘子附近连续气体与离散颗粒的运动描述方程;然后，以U70B型绝缘子为研究对象，考虑工业粉尘环境中绝缘子表面已粗糙不平这一实际情况，基于能量守恒原理得到高污秽覆盖下绝缘子表面污秽颗粒沉积判据;最后，基于此污秽沉积判据构建了绝缘子自然积污仿真模型，模拟研究了风速、粒径、污秽成分与电压类型对宁夏工业粉尘区绝缘子伞裙积污的影响。结果表明:与均匀粗糙表面绝缘子积污仿真模型相比，本文所提模型可有效提高模拟结果的准确性，更真实的反映出宁夏工业粉尘环境下绝缘子串各伞裙积污分布情况;交流场中积污量沿绝缘子串呈不规则“M”型分布且二氧化硅黏附率最高，直流场中积污量则呈“U”型分布且氧化铁黏附率最高。　　宁夏工业粉尘环境下不同伞形结构绝缘子积污特性对比模拟研究。首先，构建了两种盘形悬式绝缘子（U70MB与U70GB型）、两种外伞形绝缘子（XWP-70与XSP-160型）与一种棒形悬式绝缘子（FXBW35/70型）的自然积污模型;然后，对各绝缘子附近电场与流场分布进行对比分析;最后模拟研究了交、直流场中风速、粒径、污秽成分与伞形结构对各绝缘子积污的影响。结果表明:交流场中粒径对各绝缘子积污的影响程度高于风速，直流场中绝缘子积污率与风速呈负相关，当风速处于2～4m/s之间时，盘形和外伞形绝缘子表面积污率的减小速度较快，当风速处于4～8m/s之间时，绝缘子表面积污量的下降速度变缓;当风速小于3.5m/s或大于7.5m/s时，复合绝缘子上表面积污率高于下表面，当风速处于3.5～7.5m/s之间时结果相反;粒径与各绝缘子表面积污呈正相关且直流场中绝缘子表面积污率的增速要大于交流场中的增速;交流场中SiO2、CaSO4、Al2O3以及Fe3O4颗粒在各绝缘子表面积污量相近，直流场中绝缘子表面积污率与颗粒密度成正比;瓷三伞绝缘子在交、直流场中表面污秽沉积率均较高，交流场中复合绝缘子耐污性最强，但其在直流场中易沾染污秽;瓷双伞绝缘子与盘形瓷绝缘子在交直流场中的积污率差距不大,其中U70MB型瓷绝缘子在交流场中积污率高于U70GB型瓷绝缘子，直流场中则相反。

关键词： 输电线路   低温   自阻尼   温度分布   应力分布   疲劳寿命  

摘要： 架空输电线路是电能传输的载体,是现代社会最重要的基础设施之一。由于长期暴露在自然环境中,环境温度对导线载流量和导线温度产生直接影响,对导线弧垂和应力等参数特性产生间接影响。尤其是东北和西北等地区,四季温差较大,导线工作环境尤为恶劣。然而,现有研究通常以常温或者年平均温度为前提假设,且大部分研究将导线简化为等温圆柱体,缺少极端低温环境条件下的相关研究,忽略了导线径向温度分布的差异,鲜有考虑间隙分布、股间接触和空气对流条件对径向温度场的影响。因此,开展极端低温条件下输电导线的动态特性的研究,对于保障寒冷地区架空输电线路结构安全,开展导线动态增容提升线路输送潜力,具有十分重要的意义。本文首先在极端低温条件下对导线的自阻尼特性进行分析,其次基于热平衡原理,对导线的温度场进行有限元建模,研究不同因素对导线径向温度场的影响并总结导线径向温度分布规律,对导线在不同环境温度和不同径向温差下各层线股的应力分布情况进行分析,最后对温度对架空输电导线微风振动强度的影响进行了分析,并对导线分层应力和温度对疲劳寿命的影响进行了计算。论文的主要研究内容和成果包括:(1)研究了极端低温条件对导线自阻尼特性的影响。在极端低温条件下,对导线的自阻尼进行了理论分析,得到了低温对导线自阻尼的影响特性,设计了极端低温自阻尼测试方案,开展了极端低温条件下的导线自阻尼特性测试,测量了两种典型导线的自阻尼特性。结果表明:低温下导线的自阻尼功率要略低于常温下的自阻尼功率,但是差异不大;频率一定时,随着环境温度的降低,导线振幅不断增大,导线自阻尼功率增大,因此,低温情况下更容易发生导线的断股现象,需要在极寒地区线路设计时予以考虑。(2)研究了极端低温条件对导线径向温度场分布特性的影响。以LGJ-300/50导线为例,对导线的三维实体进行有限元建模,计算了导线径向温度场,并分析了不同工况条件下导线径向温度分布规律。分析结果表明:在本文中提出的导线径向温度场数值仿真方法具有较高的准确性,数值仿真法考虑到导线内部各股线之间空气间隙的存在更为准确的反映导线内部结构实际情况,更为准确的计算出导线内部的温度分布情况,弥补了 IEEE计算方法的不足;在发生自然对流和强制对流时,导线径向温度场呈现中心温度高表面温度低的规律,且导线径向温度分布不均匀,受各股线接触状况不同的影响,各股线的温度具有较大离散性;对于LGJ-300/50型导线,载流量由500A增大到800A时,由于风速、环境温度等因素的影响,导线径向温差可达3～8℃:在低温环境中,对于导线整体温度,环境温度的变化对其影响较大,当环境温度从-40℃升高到20℃时,导线整体温度升高了约59℃,但环境温度变化时导线径向温差几乎不发生变化。(3)研究了极端低温条件对导线层间股线应力特性的影响。以LGJ-300/50 导线为例,通过数值仿真,重点分析了运行张力和温度荷载对导线各层股线应力和应变分布规律的影响,并与理论计算结果进行了对比。结果表明:当环境温度为-40℃时,导线在不同运行张力的作用下,导线钢芯部分应力值高于外层铝股,整体的应力状态、同层股线的应力状态均呈相似分布;由于轴向拉力作用,外层铝股线应力大于内层铝股线应力,外层的股线轴向应变大于内层,在长时间荷载作用下,塑性应变首先发生在外层股线;在等温荷载条件下,随着导线温度的降低,导线内部钢芯部分的应力逐渐减小,外部铝股部分的应力逐渐增大,由于导线径向温差的存在,导线的最外层铝股应力值随径向温差的增大而增大,而内部钢芯和内层铝股的应力呈现减小趋势,当导线径向温差达到20℃时,最外层铝股的应力值相较于无径向温差时增加约27%,而且应力变化量与径向温差的大小有直接关系,与导线内部温度并无直接关系。(4)研究了导线疲劳寿命与极端低温条件关系。利用能量平衡法原理,对温度和风速二者联合作用下导线微风振动特性进行分析,在考虑到导线径向温差以及不同线股层应力分布等因素的影响,利用Miner损伤累积理论,根据风速风向概率分布,对导线在极端低温条件下的疲劳寿命进行了预测。结果表明:不考虑环境温度对静应力影响的情况下,导线的疲劳寿命随环境温度的降低而减少,导线的疲劳寿命变化显著;线股平均应力对疲劳寿命的影响较大,且随着最外层应力的增加而急剧减小;通电并且考虑导线静应力时,导线的疲劳寿命随着环境温度的降低而减少。本文针对极端低温条件下导线的动态特性开展了系统研究,通过考虑环境温度和导线结构特性的耦合作用,获取了极端低温条件下导线自阻尼的变化规律,阐明了极端低温条件对导线的径向温度场分布、股线分层应力特性和疲劳寿命的影响规律,研究成果为提高导线载流量,挖掘已建线路动态增容潜力,提升导线安全设计水平和疲劳寿命,保证导线的强度安全和弧垂安全距离等提供了理论依据和基础数据,为极端环境下输电线路工程的设计与运维提供了

关键词： 输电线路   鸟巢检测   智能巡检   YOLOX   深度学习  

摘要： 电力是现代社会发展必不可少的重要资源,也是关系到民生安全的公共设施,保持电力稳定供应,是国家和社会生产稳定发展的关键。为了保证输电线路的安稳运行,有必要对架空线路杆塔上的鸟类筑巢行为进行监测。针对输电线路杆塔上的鸟巢问题,提出一种基于深度学习的无人机捕获图像的输电线杆塔上鸟巢的检测算法。本研究所提出的算法以YOLOXs为基准模型,设计出针对无人机捕获图像高精度鸟巢检测算法。具体工作体现在:一方面,在YOLOXs的基础上,从网络结构入手,提高网络的特征提取能力。引入Ghost Module模块:有效减少模型参数、计算量,对特征图进行优化,提高模型的检测效率;引入CBAM注意力机制:增强特征图中关键特征的表达能力,抵抗混乱的信息,专注于特定目标的检测上;引入Swin Transformer Block模块:捕获全局信息和更丰富的上下文信息、增加模型捕获不同本地信息的能力和利用自我注意机制探索特征表征潜力,提高模型提取目标特征的能力,并将之命名为YOLOX Lite。另一方面,在YOLOXs的基础上,从目标检测后处理算法入手,针对鸟巢检测进行算法优化。提出一种亚正样本的采样方法:根据匹配度的高低分为正样本和亚正样本的概念,塑造样本之间的竞争关系,提高检测器对密集、重叠目标的检测能力;为候选样本重构正负权重分配函数:从不同的角度指定样本正权重和负权重,提供更有区别的监督信号区分重要和不重要的样本,从而产生更加高效的模型;引入任意分布建模边框回归。采取任意分布P(x)去建模真实框的表示,可以获得更加可靠和精确的预测框,并将之命名为YOLOX Lite V2。沿着YOLOX Lite的网络结构改进策略和YOLOX Lite V2的检测后处理算法改进策略,最终形成本研究的输电线路鸟巢检测算法YOLOX Lite V3。实验结果表明:新提出的输电线路鸟巢检测算法在Vis Drone2019数据集上的m AP@.5和m AP.5:.95比YOLOXs提高3.9%和2.9%。在自制鸟巢数据集上的m AP@.5比YOLOXs提高1.2%。结果表明:新提出的输电线路鸟巢检测算法具有一定的学术创新性和工程应用价值。

关键词： 输电线路   外延引线   接地电阻   土壤电阻率   悬空续接  

摘要： 现如今输电线路跨越地域极为广泛,杆塔常架设在平原、山区、湖泊以及高原等地形中。复杂的地形将影响外延引线的敷设,在强酸强碱地区由于自然腐蚀和外力作用下外延引线还容易发生断裂,当输电线路杆塔遭受雷击时则会影响电力系统的安全稳定运行。输电线路杆塔接地体的可靠性和有效性,对提高输电线路的耐雷水平、减少雷击事故发挥着重要作用。因此,本文针对道路旁、外延断裂以及陡坡旁的输电线路杆塔接地体提出悬空续接的接地方式,从而改进特殊情形下外延引线的结构,主要研究内容如下:(1)建立水平和斜坡土壤条件下输电线路杆塔接地体计算模型,计算分析外延引线长度、方向、向数对接地电阻、降阻效率、泄漏电流密度的影响规律。仿真结果表明:水平土壤条件下外延引线长度增加能够增大降阻效率,降低方框接地网的散流压力;四向外延的降阻效率最高,地面标量电势较为对称。斜坡土壤条件下单向外延宜采取沿山坡向下敷设的方式,相同外延长度时四向外延具有更好的接地性能。(2)建立外延引线跨越道路模型,研究分析土壤电阻率、入地电流频率对不同悬空长度、悬空位置时接地体分流系数和跨步电压的影响。仿真结果表明:添加绝缘涂层后道路路面跨步电压峰值有所降低;不同土壤电阻率和入地电流频率条件下,外延引线悬空长度为5m和25m时的分流系数差值在5%左右;悬空位置变化对分流系数的影响与土壤电阻率、入地电流频率的高低有关;当外延引线与道路中钢筋网格相连时将增加道路路面的跨步电压或波及区域。(3)建立方框外延断裂以及悬空续接模型,计算不同结构因素与环境因素时方框外延断裂的接地特性,研究断裂位置对悬空续接前后接地电阻的影响。仿真结果表明:当断裂长度从0.02m增加至0.1m时,接地电阻仅增加0.042Ω;断裂位置越接近方框接地网,接地电阻上升率越大;随着土壤电阻率的增加,方框外延断裂的接地电阻呈线性增加;随着入地电流频率的增加,方框外延断裂的接地电阻增大但趋势较缓;断裂处与方框接地网之间的距离越短悬空续接后的降阻效果越好。(4)建立斜坡土壤条件下外延引线换向与悬空续接计算模型,研究分析表层土壤电阻率和入地电流频率对不同悬空长度、悬空位置时接地特性的影响。仿真结果表明:添加绝缘涂层后悬空段附近跨步电压峰值将减小72.38%,进一步采用柔性石墨接地材料,跨步电压峰值再次降低2.18k V;低表层土壤电阻率下,悬空长度和悬空位置的变化未对接地电阻产生过大影响;悬空长度从5m增加至25m时,随着入地电流频率的增加,接地电阻增大的程度逐渐减弱;陡坡数较少时,悬空单向下延的接地性能最佳;以实际工程为依托,验证了山区悬空续接接地技术的可行性。

关键词： 输电线路   塔线体系   导地线耦合效应   动力特性   台风荷载   抗风性能   确定性评估   易损性分析  

摘要： 我国输电线路现有规模庞大,进入“十四五”时期,我国经济发展将继续保持平稳快速增长,输电线路的规模还将持续增长。输电塔线体系作为输电线路的重要组成部分,主要由输电杆塔及其基础、导地线、绝缘子、线路金具等组成,是一种复杂的塔-线耦联体系。输电塔是塔线体系中的主要承重结构,具有结构高、柔度强、自重大等特点,对风荷载的激励较为敏感。东南沿海地区是我国社会经济较为发达的地区,对电力的需求非常大,同时也是台风等自然灾害频发地区。历年灾害表明,强风、台风是导致该地区输电塔倒塌和事故的重要原因之一。因此,加强对东南沿海地区输电塔抗风性能评估,确保输电塔线体系在台风荷载作用下安全运行具有重要的意义。以温州洞头3572线新建的单回路直线猫头塔ZMG32-28.5及其所在塔线体系为研究对象。首先,对ZMG32塔进行现场动力特性测试,采用随机子空间法对输电塔的振型和动力特性参数进行识别;在此基础上,采用ANSYS软件建立了测试塔及其所在塔线体系的有限元模型,开展了单塔和塔线体系的动力特性理论分析,与测试结果进行了对比分析,验证了有限元计算模型的精确性;为了进一步掌握猫头塔的动力特性,建立了多组等高塔腿和不等高塔腿的输电塔有限元模型,研究了塔腿变化对猫头塔动力特性的影响;结合系列猫头塔动力特性参数变化特点,拟合得到了典型猫头塔型横线路和顺线路方向的一阶自振周期近似计算公式。其次,在此线路设计风速(v10=35m/s)作用下,对ZMG32-28.5塔进行0°、45°、60°、90°风向角工况下的静载分析;采用台风风谱,通过谐波叠加法模拟生成了具有台风特性的脉动风速时程;将脉动风荷载分别施加在单塔和塔线体系相应位置,开展了0°、45°、60°、90°等不同风向角工况下的风振响应分析;研究了90°风向角工况下导地线和风速大小对输电塔风振响应的影响;在此基础上,采用输电塔塔顶偏移比、主材杆件压屈比等评估参数对猫头塔进行了确定性抗风性能评估。最后,为了进一步考虑输电塔结构参数和脉动风荷载的不确定性,采用拉丁超立方抽样方法生成了80组塔线体系随机样本,并采用谐波叠加法模拟生成了80组具有台风特性的脉动风时程。将塔线体系随机样本与风荷载一一对应组合,进行了80组塔线体系的风振响应分析。对风振响应结果进行回归分析,得到了考虑塔线耦合效应的输电塔风荷载作用效应函数和塔顶位移响应的均值和标准差值;此外,对生成的80组输电塔随机样本开展了静力弹塑性（Pushover）分析,确定了输电塔结构的各极限状态限值和标准差值。基于上述两种分析计算结果,进行了考虑塔线耦合效应的输电塔风灾易损性分析,得到了0°（顺线路）、90°（横线路）风向角工况下发生轻微破坏、中等破坏和倒塌破坏的风灾易损性曲线。研究表明,v10=55m/s极值风速作用下,横线路方向较顺线路方向破坏概率增加8.25%。横线路方向在遭受重现期50年风速(v10=35.77m/s)时,发生倒塌破坏概率为13.24%;在遭受重现期100年风速(v10=41.95m/s)时,倒塌破坏概率为20.19%,ZMG32-28.5塔具有较好的抗风性能。

关键词： 机载激光扫描   电力线提取   地物分类   危险点检测   深度学习  

摘要： 高压输电线路作为国家电力的重要基础设施,每年电力部门都会花费大量的人力物力对输电线路进行电力巡检,传统的人工巡检存在人员危险度高、人力物力消耗大、效率低下等问题。机载激光扫描技术作为新型的测绘数据采集技术,可以快速、高效、精确地获取输电设施以及线路周边建筑、植被等地物的点云数据,极大地提高了巡线数据的获取效率,同时也降低了从业人员的人身安全威胁。将机载激光扫描技术应用于电力巡检,如何高效、准确地提取电力设施点云和对地物进行分类是所需要解决的核心与关键。本文就电力巡检的相关流程,以电力线提取、地物分类以及危险点检测为目标,主要研究成果及创新点如下: (1)电力线点云提取。在预处理中,针对坡度变化大引起的低点滤除不完全以及地势较低处的电力线点被判定为低点错误滤除的问题,采用分块迭代高程阈值法结合密度聚类滤除低点,以积分的思想解决地势起伏对低点滤除的影响。在粗提取中,为解决绝缘子处电力线点云被错分到杆塔类的问题,采用DBSCAN密度聚类与高程分析结合的方法提取电力杆塔。在精提取中,采用欧式聚类方法对电力线点云进行精细化提取。实验结果表明,本文的电力线提取算法在本文数据中的提取率达到了99%,在不同地形条件下均完成了电力线提取任务,同时在提取速度上也具有良好表现。 (2)基于深度学习的地物分类。针对输电线路周边点云地物类别复杂、海量数据等问题,对原始的PointNet++网络增加Down Sample模块,根据目标类别点数量与重要性等级对输入点云进行自适应下采样并改变采样方式,避免了因类别样本数量差距过大引起的分割错误,同时加快了网络学习效率。实验结果显示,在自制的输电线路点云数据集上,本文改进的网络各类别分割IoU都达到了85%,平均分割IoU达到了90%,基本完成了语义分割任务,达到了地物分类的效果。 (3)自动化的危险点检测。针对原始输入点云数据过大引起的效率问题,首先对整体输电线路点云进行风险区域划分,以提取的电力线为基准进行平面投影,将投影区域向外扩展并提取内部低点点云;再将风险区域格网化,将含有电力线的格网标记为待定危险格网以待下一步处理。针对传统检测方法中单一水平或垂直方向判断的问题,本文以危险格网内最高地物点为搜索中心,采用球形半径搜索方式进行危险点检测,并输出最小危险距离。实验结果证明,本文的危险点检测方法所判定的危险点属性基本正确,其距离真误差绝对值都小于0.5 m,满足电力巡检中危险点检测的任务需求。

关键词： 复合绝缘子   均压环   绝缘包覆   电场分布   击穿电压   紫外光子数  

摘要： 近年来随着“绿水青山就是金山银山”的相关政策以及全面贯彻人与自然和谐共生的发展理念的不断实践,生态环境得到了极大改善,同时鸟类的数量以及活动范围都日益扩大,虽然架空输电线路采取了多种防鸟措施,但因架空输电线路与鸟类活动范围相互重叠,导致鸟类的排泄、捕食以及飞行等活动会对输电线路的正常运行产生极大威胁。在输电线路涉鸟故障中鸟粪闪络事故占比最大,其中因鸟粪短接均压环而引起的鸟粪闪络故障尤为突出。本文对均压环绝缘化技术进行研究,将鸟粪与均压环闪络过程中的空气间隙转变为气-固组合间隙,从而提升均压环的绝缘性能,降低因均压环导致的鸟粪闪络故障概率,从而降低输电线路的涉鸟事故,对提升电网的安全稳定运行具有重要意义。本文首先建立了绝缘包覆均压环的实际三维仿真模型,研究绝缘包覆均压环绝缘包覆介质、绝缘层厚度对复合绝缘子电势以及电场的影响;同时考虑在鸟粪不同长度以及不同位置时,复合绝缘子加装绝缘包覆均压环前后的空间电场变化情况。然后本文搭建了110k V绝缘包覆均压环电场测试平台,对复合绝缘子在无均压环、普通金属均压环以及绝缘包覆均压环这三种安装方式下的空间电场进行测量,最后本文对均压环包覆绝缘胶带、塑胶材料、RTV硅橡胶、交联聚乙烯以及HTV硅橡胶这四种样品进行了闪络击穿试验以及紫外光子数测试,得到以下结论:(1)仿真结果表明复合绝缘子加装绝缘包覆均压环能在一定程度上改善复合绝缘子的沿面电场分布,综合材料相关性能可选取HTV硅橡胶作为绝缘包覆材料;绝缘包覆均压环的绝缘包覆层越厚,复合绝缘子沿面电场降幅越大;在鸟粪不同长度以及不同位置时,绝缘包覆均压环均能在一定程度上降低绝缘子的空间电场,说明均压环包覆绝缘层能在一定程度上降低输电线路发生鸟粪闪络的概率。(2)复合绝缘子在无均压环、普通金属均压环以及绝缘包覆均压环的电场分布在水平截线方向以及垂直截线方向与仿真结果吻合度较高。(3)绝缘包覆均压环能在一定程度上提升复合绝缘子的击穿电压,但这受到绝缘材料本身、包覆工艺以及包覆厚度等影响,综合来看HTV硅橡胶包覆效果最好,且性能较为稳定。(4)通过紫外光子数测试可知普通金属均压环与绝缘包覆均压环在未加压时的紫外光子数差异不大;在施加不同电压时,绝缘包覆均压环的紫外光子数较普通金属均压环少,说明复合绝缘子在安装绝缘包覆均压环后的电晕放电现象较普通金属均压环弱。

关键词： 深度学习   输电线路   绝缘子缺陷检测   注意力机制   结构重参数化  

摘要： 近年来,随着电网建设的快速发展,保证电力系统的安全稳定运行尤为重要。绝缘子是输电线路中极其重要的电气设备,因此,及时准确地进行输电线路中绝缘子的缺陷检测具有重要意义。随着无人机技术和深度学习的发展,基于深度学习的绝缘子缺陷检测方法已逐渐成为主流。但是,由于航拍绝缘子图像存在背景复杂多变、小目标居多且分布密集等特点,导致现有的模型直接用于输电线路绝缘子的缺陷检测中无法获得预期的效果。针对上述问题,本文展开深入研究,提出两种基于深度学习的绝缘子缺陷检测方法。主要工作包括: (1)对无人机巡检航拍的图像进行处理,构建APID(Aerial Photographic Insulator Dataset)数据集。 (2)针对现有的目标检测算法存在对航拍绝缘子缺陷目标的特征表征能力较弱、小目标的检测性能差和获取的关键有效信息较少的问题,提出基于多尺度特征融合和注意力机制的绝缘子缺陷检测方法。首先,设计一个小目标检测头,增强对小目标的检测性能;其次,使用空洞卷积构造DSPP(Dilated Spatial Pyramid Pooling)模块,增强特征图的表征能力;然后,融合CA(Coordinate Attention)注意力机制,使模型能够排除干扰专注于关键信息;最后,在APID数据集上进行实验。实验结果表明,所提方法的AP(Average Precision)达到了93.4%,FPS(Frames Per Second)为25.4。该方法在速度满足工程需求的前提下使精度得到大幅提升。 (3)为了在保证较高精度的同时进一步提升速度,提出基于解耦合检测头和结构重参数化的绝缘子缺陷检测方法。首先,设计解耦检测头,在加强网络分类和定位能力的同时,提高收敛速度;其次,设计一个能够结构重参数化的骨干网,使模型在保证高精度的同时大幅提升速度;然后,采用SIo U损失函数,在提高速度的同时进一步提升回归精度;最后,在APID数据集上进行实验。实验结果表明,所提方法的FPS达到了32.5,AP为91.1%。该方法在保证高精度的同时大幅提升了速度,提高了巡检的效率。