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关键词： 电缆接头   典型缺陷   灰度形态学   图像分割   缺陷识别  

摘要： 电力电缆线路的安全稳定运行是国民生产生活的基本保障。电缆接头是电缆线路最容易发生故障的薄弱点。为了保证电缆线路的供电可靠性,要确保电缆接头的安装施工质量,使之不存在细微缺陷,这是电缆接头施工质量必须要达到的标准。本课题在电缆接头施工过程中增加图像识别环节,利用图像识别技术对接头制作过程中的电缆表面进行缺陷检测,如果存在缺陷,则根据缺陷位置对缺陷进行消除。本文利用图像处理算法对电缆图像进行了缺陷检测,仿真实验验证了本文的方法能检测出主绝缘表面的细微缺陷,准确识别出缺陷类别,并对外半导电层的剥切平整度也能进行较好的检测。在图像预处理部分,利用非局部均值滤波进行去噪,有较好的去噪效果且图像的细节信息保持良好。在光照不均校正的研究中,提出了一种改进的Gamma校正方法,该方法可以只对光照量进行校正,设置的校正参数与图像的整体平均亮度有关,完成对图像中的每个像素点进行自适应校正,不会影响图像的局部边缘等细节信息,仿真实验验证该方法能够对光照不均的图像进行较好的校正处理。在主绝缘表面缺陷检测算法研究中,提出了改进的形态学边缘检测算法。该算法通过灰度形态学开、闭运算去除噪声,增强图像,采用多方向结构元素提取缺陷边缘,自适应确定各方向结构元素的权值。相比传统微分算子边缘检测结果,有抗噪性能好,不存在伪边缘的特点。利用该算法对主绝缘表面的缺陷进行边缘定位,该方法定位的边缘细节保持良好,仿真实验结果表明该方法能将各类划痕、杂质准确地分割出来,适用于主绝缘表面的缺陷检测。对主绝缘图像进行缺陷检测时,本文算法首先对主绝缘图像进行判断是否存在缺陷,如果存在缺陷,则对缺陷进行识别。通过对二值化后的缺陷图像提取几何形状特征,该特征具有图像的代表性,利用训练好的SVM分类器对缺陷图像进行识别,实验仿真结果表明识别准确率较高,表明本文的主绝缘缺陷检测及识别算法性能较好。本文设计了电缆接头缺陷检测系统的软、硬件部分。在图像采集单元结构的设计中,结合电缆接头实际结构,采用三相机环绕电缆表面的方法对图像进行采集。分析了缺陷检测系统软件部分实现的功能,并详细阐述了缺陷检测的算法流程。

关键词： 电力电缆   护套线   聚氯乙烯绝缘软线  

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关键词： 高压电缆沟   防火墙缝隙   电力电缆   火灾  

摘要： 变电站高压电缆沟道为保障电力系统安全运行的重要组成部分,其防火、抗灾能力至关重要。然而,关于变电站高压电缆沟道火灾防护的相关科学研究却一直较少,其火灾灾变机理与防护研究更是鲜有报道,特别是变电站高压电缆沟内部的防火墙的缝隙、防火封堵材料等因素对火灾的蔓延的影响研究较少。因此,本文针对变电站高压电缆沟道火灾蔓延规律与防火墙缝隙展开更为细致的研究,构建变电站高压电缆沟道电力电缆火灾仿真模型,分别对防火墙缝隙的存在,以及防火墙缝隙的尺寸、数量和位置等展开仿真试验,着重分析烟气的扩散、温度场的变化和有毒气体浓度的变化,以探究防火墙缝隙不同的状态下对火灾蔓延的影响。本文提出了三项改进措施,并通过仿真试验加以验证,证明了本文改进措施的有效性。主要的研究内容和结果如下:1.探究燃烧的理论基础,构建高压电缆沟道火灾仿真模型,分析防火墙缝隙存在时的烟气传播过程、温度场的变化和有毒气体扩散的趋势。2.在缝隙尺寸方面,缝隙越大烟气扩散到B区的时间越短,B区的顶棚温度也随之增高,有毒气体的体积分数都会随着尺寸的增大而增大;在缝隙位置方面,越靠近电缆沟顶部的缝隙热量传递的越快也越多,使B区的顶棚温度上升的也就越快,当缝隙处于同一平面时,处于火源一侧的缝隙则得到更多的热量,B区的温度值也更高;在缝隙数量方面,随着缝隙数量的增加,烟气的扩散速度随之增快,对于顶棚温度来说则是每增加一个缝隙其温度值便增加一个层级,有毒气体浓度随着缝隙的增加而升高;在通风口风速方面,随着风速的增加,温度呈现明显的分层现象。3.添加阻火包和隔热板后,烟气的蔓延、热量的传播和有毒气体的扩散均得到了抑制,明显延缓了火势的蔓延,降低了燃烧速率和高压电缆沟道内的浓度。在铺设电缆槽盒方面,采用全包裹铺设方式时A区产生有毒气体的时间晚、浓度低;在烟气的传播方面,铺设方式对烟气的传播影响较小;在热量的传播方面,铺设方式对A区达到最高温度的上升时间无影响,对于B区采用全铺设方式达到最高温度比采用其他两种铺设方式所用时间更长,温度值更小。本文的相关研究成果可以为变电站高压电缆沟道电力电缆防火措施方面提供大量帮助和参考价值,可以有效提升变电站高压电缆沟道内电缆防火能力,为变电站高压电缆沟道安全、稳定、可靠运行提供科学指导。

关键词： 交联聚乙烯   电力电缆   老化   微观结构   宏观性能  

摘要： 随着城市规模的不断扩大以及入地工程的开展,越来越多交联聚乙烯(Cross-linked polyethylene,XLPE)电力电缆投入运行。目前,我国经济发达地区面临着部分电力电缆服役时间较长,因电缆老化所引发故障数量不断增多的问题。因此,深入研究XLPE电缆绝缘的老化特性对于电力电缆故障的检出及预防、提高输配电系统的稳定运行至关重要。本文主要针对110 k V高压XLPE电力电缆,在实验室开展加速热氧老化、加速热老化、冷热循环老化等加速老化试验,研究上述老化过程中XLPE电缆绝缘微观结构与宏观性能的变化规律,建立起宏观性能劣化和微观结构演变之间的关联性。首先,将高压XLPE电缆绝缘在100℃和160℃进行加速热氧老化试验,制备老化时间不等的一系列试样,研究不同温度热氧老化条件下XLPE微观结构和宏观性能劣化规律的差异。结果表明:老化初期,XLPE的微观结构和宏观性能未发生显著变化;老化中后期,微观结构和宏观性能开始快速劣化,具体表现为结晶度下降、熔融温度下降、起始分解温度下降、介电常数增大、介电损耗角正切值增大、工频击穿场强下降等。经分析后认为,抗氧化剂可能在老化过程中扮演了非常重要的角色。老化初期,抗氧化剂抑制了氧化反应;老化中后期,由于抗氧化剂消耗完毕,氧化反应引发了XLPE分子链断裂、晶体结构被破坏、结晶度下降,进而导致了宏观性能的快速劣化。160℃热氧老化条件下,XLPE球晶处于熔融状态,热氧老化对已熔融的结晶区造成严重破坏,导致结晶度快速下降以及性能的快速衰减;100℃热氧老化条件下,相比无定形区,结晶区具有更致密的结构,不利于氧气的侵入,因此热氧老化主要破坏无定形区,XLPE的结构和性能上的劣化速率低于160℃热氧老化。其次,我们在160℃分别开展了加速热氧老化、加速热老化以及冷热循环老化,研究不同老化方式下XLPE的微观结构和宏观性能劣化规律差异。结果表明:加速热氧老化条件下,XLPE微观结构和宏观性能劣化速度最快,冷热循环老化次之,加速热老化最慢,这说明在高温老化的过程中,氧气是导致材料劣化的主要因素,而高温是次要因素。在冷热循环老化的过程中,试样反复经受高温热氧老化和降温重结晶的过程在降温过程中,再交联反应和重结晶过程会对已被破坏的微观结构起到修复的作用,从而延缓了老化的速度,此时XLPE结构和性能的劣化速度要低于加速热氧老化。最后,通过水冷、自然冷却、随炉冷却三种冷却方式,研究了高温热氧老化后试样经历的冷却过程对XLPE晶体熔融特性的影响。结果表明:高温热氧老化过程中XLPE试样的熔融温度和结晶度经历了先基本不变后快速下降的变化过程。比较相同老化时间、不同冷却方式试样的DSC曲线,证明了上述变化过程主要来源于热氧降解过程对XLPE晶体的破坏,冷却速率的影响非常有限。

关键词： 电缆-架空线混联线路   雷电过电压   工频过电压   操作过电压   ATP-EMTP  

摘要： 随着城市建设的快速发展,长距离超高压电力电缆—架空线混联线路的应用是一种必然趋势。但由于电缆线路的高电容特性,线路充电功率较大,其接入系统后产生的过电压问题也较架空线路突出和复杂。因此,研究330kV混联线路过电压问题对电力系统稳定运行和输电线路的绝缘配合有着重要的理论意义和实用价值。文中应用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件,结合工程实际,建立了 330kV电缆一架空线路仿真模型,通过波形幅值计算了过电压水平,分析了过电压特性和影响因素,根据计算结果,提出了有效的过电压抑制措施。论文首先分析了混联输电线路雷电过电压、工频过电压和操作过电压的产生机理。其次针对雷电过电压,在ATP-EMTP中搭建了仿真模型,确定了雷电流、杆塔和绝缘子串闪络模型,仿真分析了雷击过电压分布及雷击位置和避雷器对过电压的影响。研究结果表明:架空线侧的雷电过电压幅值可达3.3MV,电缆侧的过电压幅值远小于架空线侧。受雷击位置的影响,电缆的首末端电压均随雷击距离的增大而减小,电缆末端电压整体高于电缆首端电压。在电缆两侧合理配置避雷器,能够有效的将输电线路的雷电过电压抑制到绝缘水平内。然后针对工频过电压,确定了电缆和架空线路计算模型和参数,仿真得到了容升效应、不对称短路接地和不对称甩负荷引起的工频过电压波形分布,研究发现线路长度越长,工频过电压越高。在线路末端并联电抗器能有效抑制工频电压升高。最后针对操作过电压,建立了混联线路仿真模型,研究发现合闸空载线路在电缆侧可产生最高约1.84p.u的合闸过电压,断路器分闸造成重击穿只会发生在未加高抗的线路上,选择压比较低的避雷器,能够将线路的操作过电压抑制在安全范围内。

关键词： 电力电缆   表面缺陷   机器视觉   图像处理  

摘要： 近年来随着我国对电缆的需求量增大,电缆产品质量不达标的现象也逐渐显露出来,人工目检的形式已逐渐不能满足日益壮大的生产规模以及精准的检测结果,机器视觉技术目前逐渐应用于产品的外观质量检测领域。本文主要的研究对象为10k V及以上电压等级的电力电缆表面缺陷。通过对机器视觉技术中光源、照明方式、工业相机芯片类型以及镜头参数的研究,选取发光二极管（Light Emitting Diode,LED）条形光源并采用角度照明的方式完成了照明部分的选型,选择面阵灰度工业相机配以25mm定焦距可见光镜头,对电缆凹痕、凸起和划痕三种缺陷进行原始图像采集。通过固定坐标法对电缆缺陷图像完成了背景分离,并进行电缆图像去噪的相关实验。实验发现均值滤波、维纳滤波以及中值滤波对两种不同类型噪声的处理结果各有优劣。针对两种噪声可以同时产生,本文提出一种新型的去噪算法,进行了混合噪声去噪实验。用均方误差作为去噪效果的衡量标准,对几种滤波方式进行了对比,结果表明本文算法对混合噪声的去噪效果要优于其他三种。电缆缺陷图像分割阶段先通过三种微分算子进行了边缘检测分割,结果表明此种分割方式的结果无法满足后续的特征提取标准。通过分析缺陷的灰度直方图,发现缺陷部分与背景间存在显著灰度差异,转而使用三种阈值分割技术进行实验,结果表明迭代式阈值分割可以有效地将三种缺陷分割出来。然后通过形态学滤波去除图像中细小的干扰项,使电缆缺陷图像达到了缺陷特征提取的标准。基于轮廓跟踪法对电缆缺陷进行轮廓追踪,并通过扫描连通域完成缺陷区域的标记,提取出了缺陷的面积和周长特征,并进行了最小尺寸缺陷识别实验,结果表明本文设计可以对1mm2以上尺寸缺陷进行识别。基于支持向量机完成了缺陷信息的分类训练,结果表明文中算法对缺陷综合识别准确率达到93.3%。

关键词： 电力电缆   传输特性   高频信号特征   识别   健康状态评价  

摘要： 随着我国经济发展水平的不断提高与电力工业的不断发展,电力电缆作为传输电能的工具,在电力系统中的应用越来越广泛,并起到越来越重要的作用。电缆线路在正常运行时,线路上仅存在工频50Hz的信号,当电缆线路受到扰动或发生故障时,线路上会产生丰富的高频信号。若能根据电缆线路的高频信号,评估电缆线路的运行状态,对于预警电缆线路的故障隐患、提升电力系统的稳定运行能力有着重要意义。本文主要针对电缆线路运行时出现频率较高的高频信号展开研究,包括短路故障信号、断路器合闸信号、雷击信号和局部放电信号,分析了电缆线路不同种类高频信号的产生机理。高频信号在电缆线路传输过程中存在着一定的衰耗,本文基于高频信号的传输线传播理论,根据10kV电缆的结构参数,在ATP-EMTP仿真软件中建立了考虑半导电层作用的电缆线路频变仿真模型,研究高频信号在电缆线路中的传输特性。仿真研究了单一频率信号在电缆线路中的传输衰减规律,研究结果表明,信号频率在1MHz以下时,幅值随传播距离增长呈线性衰减规律,且衰减微弱,信号频率在1MHz及以上时,幅值随传播距离呈指数衰减规律;在电缆线路传播距离相同时,信号频率越高,衰减作用越显著。经过计算,线路衰减系数与信号频率成正相关关系。然后仿真了局部放电信号与雷击信号在电缆线路中的传播特性,结果表明:局部放电信号受传播特性的影响远大于雷击信号受传播特性的影响。针对电缆线路高频信号识别问题,本文在电缆频变模型的基础上,搭建出10kV电缆供电系统。仿真分析了电缆线路中的短路故障、断路器合闸、故障性雷击、非故障性雷击和局部放电高频信号,获得了多种高频信号的时域特征,基于小波能量分析,得到高频信号不同频段内的能量分布特征。提出了将电缆线路高频信号时域特征与小波能量分布特征相结合的特征识别算法,构造出高频信号特征识别判据。将高频信号特征的多分类问题转化为二分类问题,并进行特征判断,实现了对于电缆线路高频信号的分类。通过大量的仿真验证了所提特征识别算法的有效性。最后,在电缆线路状态监测方面,研究了电缆线路健康状态评价方法。针对局部放电信号在电缆线路的传输衰减与色散特性,研究了电缆线路局部放电量与局部放电能量的标定方法。比较了电缆线路局部放电量的幅值标定法与积分标定法,选取积分标定法计算电缆线路的局部放电量。提出了一种基于小波包能量的局部放电能量的标定方法。根据电缆线路局放信号的多种指标,考虑电缆绝缘劣化的发展趋势,运用模糊分析方法构建出基于局部放电信号特征的多指标电缆线路健康状态综合评价体系。

关键词： 电力电缆   钢芯铝绞线   材料价格  

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关键词： 电力电缆   护层电流   阻抗频谱   缺陷识别   电缆导体温度  

摘要： 近年来,高压电缆在城市输配电网中得到广泛应用,电网对高压电缆设备可靠性和运行寿命的要求不断提高。对高压电缆缺陷进行识别,防止缺陷进一步发展为故障,对保障高压电缆安全可靠运行,提高运维检修工作的针对性和经济性有重要的意义。目前国内外对高压电缆缺陷识别方法进行了大量的研究,但主要集中于基于局部放电特征的绝缘缺陷识别,对金属护层缺陷识别和载流回路热缺陷识别的研究较少,且现有金属护层缺陷识别研究主要基于护层电流测量值的时域特征。因此,本文以高压电缆交叉互联单元为研究对象,考虑电缆温度特性与频变特性,对高压电缆金属护层及载流回路缺陷状态识别方法进行研究,主要研究内容如下:(1)建立高压电缆等效热路模型和宽频电路模型。基于高压电缆结构建立电缆等效热路简化模型,推导电缆温度状态方程,给出热路模型参数计算方法,通过实际高压电缆运行数据对电缆热路模型进行验证。基于高压电缆交叉互联单元结构建立用于金属护层缺陷识别的高压电缆宽频等效电路模型,提出计及电缆温度影响的电缆宽频电路模型的参数计算方法,通过矢量拟合法对高压电缆宽频电路模型参数进行求解。(2)提出基于等效阻抗频谱特征编码的高压电缆护层缺陷识别方法。对高压电缆宽频等效电路模型进行三相解耦,基于解耦后宽频等效电路分析高压电缆护层等效阻抗与护层电流在线监测量之间的函数关系,推导护层等效阻抗的参数识别方程。对高压电缆金属护层等效阻抗进行频谱分析,提出基于等效阻抗频谱特征编码的高压电缆金属护层缺陷识别方法,对12种护层缺陷情况下计及温度特性的高压电缆宽频电路模型进行仿真分析,验证提出的护层缺陷识别方法。(3)提出高压电缆金属护层及载流回路缺陷状态联合识别方案。结合工程实际,提出不同情况下高压电缆等效热路模型和宽频电路模型的处理方式。分析高压电缆护层缺陷和载流回路热缺陷关系,改进电缆载流回路热缺陷和金属护层缺陷识别流程,进一步提出高压电缆金属护层及载流回路缺陷联合识别方案。对高压电缆金属护层及载流回路缺陷联合识别系统进行设计,实现缺陷联合识别方案的应用。

关键词： 电力电缆   材料价格  

摘要： ~~