特高压输变电系统绝缘子紫外放电数据管理及故障诊断系统设计

绝缘子的运行状态直接关系着特高压(UHV)电网的稳定性,绝缘子在运行过程中会出现绝缘性能下降同时伴随着表面放电,可以用紫外(UV)成像仪对其运行状态进行检测。根据直流特高压工程技术国家工程实验室(昆明)的设计要求开发了一套紫外数据管理系统,采用Delphi7作为管理系统开发软件,SQL Server2000作为后台数据库,运用模块化开发思想,建立了基本信息管理、图像处理、紫外视频播放和报表生产等功能模块,运用数学形态学提取紫外光斑中的放电参数。通过喷水分级法在现场选择了正常、良好、微孔、劣化和严重老化5种绝缘状态的同一种绝缘子,提取了"光斑直径"和"光斑面积",通过MATLAB数字仿真,得到了这2种参数随绝缘状态的变化趋势,结果表明:绝缘状态良好时,光斑面积<250(像素点),光斑直径<15(像素点);出现微弱放电时,光斑面积在12 000(像素点)左右,光斑直径在130(像素点)左右;当出现闪络,绝缘几乎丧失时,光斑面积>30 000(像素点),光斑直径>250。该软件为绝缘子运行状态的评估提供了量化依据和一定的指导。     

基于放电紫外成像特征的污秽线路盘形绝缘子绝缘状态评估

绝缘子是电网主要电气设备之一。绝缘子污秽闪络严重威胁电力系统的安全稳定运行,及时掌握污秽绝缘子的绝缘状态意义重大。文中从绝缘子放电紫外视频中进行帧提取,对提取的图像进行紫外光斑分割,计算得到光斑面积及其时间序列,并分析其与不同放电阶段泄漏电流之间的关联关系,给出绝缘子的绝缘状态并进行闪络预警。构建了湿度连续可调的人工雾室,利用紫外成像仪记录了盘形线路绝缘子污秽放电视频,提取其放电的紫外特征,结合肉眼观察、放电电流信号及相关参数,将绝缘子的绝缘状态划分为:"正常"、"一般"、"较差"和"很差"。提取了光斑面积序列的算术平均值、最大值、标准差和放电频度4个特征参数,对样本数据进行了聚类分析。工程实际应用表明了光斑面积序列对绝缘子的绝缘状态评估的有效性。     

两种紫外成像仪检测电晕放电的对比研究

文中通过提取紫外成像放电区域的面积,分别用CoroCAM504型的紫外成像仪和OFIL系列的紫外成像仪进行了棒—板间隙放电紫外成像特征的定量研究,对比分析目前两种主流紫外成像仪在检测电晕放电时的区别。试验表明:1在物距相同的条件下,两种紫外成像仪图像清晰度以及视场角不一致,OFIL系列更适合于细节拍摄;2在相同的情况下,随着增益的增加,两种紫外成像仪的光斑面积也相应增加,两者之间近似满足指数关系;3在相同的情况下,两种紫外成像仪的光斑面积都随距离的增加而减小,近似满足指数的变化特性;4在相同的试验条件下,相同电压等级下OFIL系列的紫外成像仪的紫外成像光斑面积大约为CoroCAM504型的紫外成像仪的0.5倍,增益值大约为CoroCAM504型的紫外成像仪的2倍。     

特高压输变电设备紫外成像软件系统开发

特高压输变电设备运行中会出现绝缘性能下降同时伴随着表面放电,用紫外成像仪对其运行状态进行检测,可以有效的发现故障设备,做到及时检修,降低故障率。结合直流特高压工程技术国家工程实验室(昆明)的现场需求设计并开发了一套紫外数据管理系统,实现了对紫外信息的有效管理,同时通过对紫外图像的处理,提取了绝缘子运行的信息,为现场运行提供了指导。     

基于C-V模型的电晕放电紫外成像分割及特征量研究

高压设备因绝缘缺陷发生电晕放电时,设备表面会辐射出紫外光,利用紫外成像技术可以检测电晕放电位置与放电强度并判断高压设备的绝缘缺陷。紫外成像仪利用"光子数"表征放电强度,由于环境噪声干扰,"光子数"特征量并不准确,有时甚至误差很大。为了更准确地描述电晕放电状态,文中提出基于C-V水平集模型提取图像特征量来表征电晕放电特性的新方法。首先引入C-V水平集模型对紫外图像进行分割处理,然后根据提取出的放电区域和区域边界点坐标,定义了光斑面积、边界周长、长轴、短轴等参数来评估放电状态,给出了干扰因素的修正方法。最后,通过变电站绝缘子外表面放电的紫外图像C-V模型运算实例,说明该计算方法能在不进行图像滤波预处理的情况下,精确分割出放电区域,自动化程度高,且对不同背景的紫外图像适应性较好。     

电晕放电紫外成像图像参量变化特性的研究

观测距离和紫外成像仪的增益会影响到紫外成像仪的检测结果,笔者根据放电紫外成像仪的工作原理,利用数字图像处理算法分割提取了紫外图像中放电光斑区域,定义了"光斑面积"参数,利用该参数用于量化放电。研究了棒—板间隙电晕放电时的紫外图像,得到了光斑面积与紫外成像仪的观测距离、仪器增益两者之间的关系曲线并进行了理论上的分析。研究表明光斑面积与距离之间近似为平方反比关系,光斑面积与增益之间近似为指数关系,论文的研究结论为放电的量化提供了一种新的量化参数。     

电晕放电紫外成像图像参量变化特性的研究北大核心CSCD

观测距离和紫外成像仪的增益会影响到紫外成像仪的检测结果,笔者根据放电紫外成像仪的工作原理,利用数字图像处理算法分割提取了紫外图像中放电光斑区域,定义了"光斑面积"参数,利用该参数用于量化放电。研究了棒—板间隙电晕放电时的紫外图像,得到了光斑面积与紫外成像仪的观测距离、仪器增益两者之间的关系曲线并进行了理论上的分析。研究表明光斑面积与距离之间近似为平方反比关系,光斑面积与增益之间近似为指数关系,论文的研究结论为放电的量化提供了一种新的量化参数。     

基于人工污秽试验的750 kV耐张瓷绝缘子紫外检测技术

750 kV 输电线路的运行过程中需要对绝缘子进行及时有效的检测,紫外检测是一种快速高效的绝缘子放电检测技术,如何将这种方法应用到750 kV绝缘子检测中尤为重要。通过对750 kV瓷绝缘子进行人工污秽试验的紫外检测结果进行研究,提出了紫外光子数相对波动性以及帧光斑面积均值这2个评估绝缘子放电严重程度的特征量,发现2个特征量均可以有效地评估绝缘子放电严重程度。其结论对紫外检测技术在750 kV绝缘子检测中的应用具有重要意义。     

基于多光源图像的接触网外绝缘健康状态评估

为了检测接触网外绝缘设备故障状态,采用紫外成像技术和红外热像技术对接触网外绝缘故障特征进行了研究。通过对接触网电气绝缘设备的现场检测,归纳出3种接触网典型的放电和发热故障现象。借助绝缘子局部放电试验,获取了不同污秽程度下的绝缘子的视在放电量和紫外图像;通过紫外图像特征提取,准确计算出放电光斑面积;根据视在放电量与紫外图像放电光斑的对比,得出了紫外光斑面积与视在放电量的正比关系。探究了紫外图像的拍摄距离、拍摄增益和拍摄仰角对放电光斑面积的影响,对不同拍摄参数下的光斑面积进行归一化处理并计算出其视在放电量的大小。通过试验探究了不同故障程度下的长时间温升规律:随着故障程度的增加,故障设备放电后最大温升越高,这为红外图像检测接触网外绝缘故障提供了依据。将紫外图像所检测到的视在放电量和红外图像所检测到的最大温升进行了模糊逻辑推理,据此构建了基于多光源图像的接触网外绝缘健康状态评估系统,经测试系统准确率为92.5%。因此可以认为,所构建的接触网外绝缘健康状态评估系统是合理有效的。     

输电线路绝缘子表面局部放电紫外图像检测方法

在电、热、力以及物理环境因素长期作用的影响下,电力设备绝缘电气、机械及其他性能下降会引起设备老化、破损等现象,影响电力设备的安全稳定运行。目前,紫外检测技术可应用于检测电力设备绝缘表面的早期局部放电现象,检测到的光子数结果受背景噪声影响较大。为了准确评估输电线路绝缘子表面局部放电强度,基于电力设备绝缘表面局部放电图像特征和紫外成像检测原理,采用阈值法和形态学滤波相结合的放电光斑面积计算方法,并通过玻璃绝缘子的局部放电试验对该计算方法进行验证。实验结果表明:随着外施工频电压幅值的增大,玻璃绝缘子表面放电紫外光子数均值增大,放电光斑面积也随之增大,验证了所提局部放电光斑面积计算方法的合理性。     

污秽绝缘子的紫外成像检测

绝缘子积污是电力系统常见的一种现象,严重时可能引起绝缘子串闪络,导致大面积、长时间的停电事故,现已经成为对电网安全最具威胁的因素之一。目前的检测手段存在固有的缺陷和局限性,如红外检测存在检测盲区,不能检测早期故障。笔者研究了如何用紫外成像法检测绝缘子的绝缘状况,采用固体涂层法模拟线路上的绝缘子串积污,通过导电杆对积污绝缘子串加压,用CoroCAM504紫外成像仪观察其紫外成像图。实验结果表明,紫外光子数的最大值与对应时间段的泄漏电流的最大值有着较好的对应关系。在环境湿度较大,如毛毛雨、雾等天气条件下,用紫外成像仪可检测积污程度在a级以上的绝缘子,这为紫外成像仪在工程中的应用提供了一定的依据。现场应用实例也验证了紫外成像检测的有效性。     

基于红外热像技术的变电站瓷质劣化绝缘子识别

瓷质绝缘子串长时间运行后会出现绝缘劣化、绝缘击穿和闪络放电等缺陷,为电网带来重大的安全隐患,检测瓷质绝缘子运行状态至关重要,为此提出基于红外热像技术对变电站瓷质劣化绝缘子识别方法。首先建立瓷质绝缘子串等效电路模型和电网络方程,通过仿真计算得出绝缘子串电压分布;建立电热转换模型,并在某220 kV变电站开展绝缘子串红外测温,通过高压试验验证红外热像准确表征绝缘子串的运行情况。理论与实际应用结果验证了该方法的有效性与实用性。     

复合绝缘子导通性缺陷对带电作业安全距离影响

长期运行的复合绝缘子容易出现老化、破损及芯棒碳化等缺陷,对其附近开展带电作业造成安全隐患。以500 kV 线路I串复合绝缘子为例,通过开展复合绝缘子不同导通性缺陷条件下间隙操作冲击放电试验,获得了相应工况下的放电特性,并结合带电作业绝缘配合方法,确定了500 kV 输电线路I型复合绝缘子导通性缺陷的位置及尺寸限制要求。试验研究结果表明,复合绝缘子导通性缺陷存在于高压端位置时,带电作业间隙的操作冲击放电电压更低,对带电作业的安全影响更大;为保证带电作业安全开展,当复合绝缘子高压端存在导通性缺陷时,绝缘子高压端允许最大导通性缺陷长度为0.7 m;当复合绝缘子中部存在导通性缺陷时,缺陷位于距离高压端约1/4串长处放电电压最低,允许绝缘子最大导通性缺陷长度为0.9 m。确定的复合绝缘子导通性缺陷位置及尺寸限制要求,可为输电线路复合绝缘子开展带电安全检修作业提供技术支撑,可指导带电作业前复合绝缘子的安全性检测工作。     

Y型绝缘子串交流和直流电压分布特性

采用球隙法测量了交、直流500 kV输电线路中Y型串绝缘子的电压分布，采取相应措施减小了环境因素对测量结果的影响，得到了交、直流500 kV电压下Y型串的电压分布曲线。研究结果表明：在交流电压下，Y型绝缘子串的电压分布极不均匀，其电压分布曲线和交流悬垂I串类似；在直流电压下，Y型绝缘子串的电压分布极不均匀，绝缘子串导线侧绝缘子分担电压高于其它绝缘子，总体上呈现导线侧和杆塔侧两端高、中间低的分布趋势。研究结果为Y型串输电系统的外绝缘设计提供了参考依据。     

浅析输电线路降低雷害跳闸率的措施

输电线路塔头绝缘配合设计通常按能耐受系统最大工作电压及操作过电压和以工频泄漏比距选定,以雷电冲放特性校验其耐雷水平,从而基本固定了塔头间距(即绝缘子片数),使线路沿绝缘子串闪络跳闸与由塔头空气间隙击穿放电的跳闸比为10∶1～12∶1,造成输电线路的故障率占全部输变电设备故障的80%左右,同时也钳制了目前环境污染严重情况下配置外绝缘增加结构高度的可能。文章提出外绝缘配置按空气间隙击穿电压与绝缘子串闪络电压0.7左右配合比设计塔头绝缘配合,以V串替代I串方式,形成紧凑化线路,既节约了线路走廊资源,又增加了绝缘子串沿面闪络电压值,可大幅度降低线路雷害沿绝缘子串闪络跳闸的次数。使外绝缘污秽等级提高到3.5cm/kV以上,基本免除了绝缘子串的清扫工作,大大降低了运行维护成本,运行检修单位实现了"减人增效"的目标。     

复合绝缘子沿面电晕放电特性的试验研究

为了研究复合绝缘子沿面电晕放电状况,以110kV复合绝缘子为试验对象,利用一种基于光电倍增管的紫外电晕检测装置来测量绝缘子电晕产生的紫外光,探讨复合绝缘子沿面电晕放电发展和分布特征。通过逐步升高施加电压的试验方法,检测得到复合绝缘子在不同表面条件下(干燥、清洁、潮湿、染污)沿面电晕放电发展和分布状况的脉冲量化特征数据。测量结果表明:当电压升高时,表面干燥条件下的复合绝缘子电晕放电沿串长发展和分布,而表面潮湿条件下的复合绝缘子电晕放电随机性较大。电晕紫外光脉冲个数以及脉冲平均峰值可以用作检测电晕放电的特征参数,以判定复合绝缘子电晕放电状态。     

雾霾对输变电设备外绝缘特性影响机理综述

为深入分析雾霾对外绝缘特性的影响机理,调研了国内外关于雾霾对输变电设备外绝缘特性的相关研究。从雾霾的形成与沉降、雾霾的模拟、其对输变电外绝缘特性的影响几个方面进行探讨。结果表明:雾霾主要是由人类活动产生大量的污染物质在一定相对湿度的气象条件下形成的,雾霾天气下绝缘子放电主要以沿面闪络为主,雾霾沉积在绝缘子表面或漂浮在绝缘子片间空气间隙中会降低绝缘子的污闪电压。建议在绝缘子分布密集的雾霾天频繁区域加强环保工作,采取有效措施防止雾霾对输变电设备外绝缘特性的影响,保证绝缘子安全、可靠、稳定的运行。     

内部炭化对复合绝缘子绝缘性能的影响研究

随着复合绝缘子在高压线路中的广泛使用,其绝缘击穿事故也越来越多,其中内部炭化是引起绝缘击穿的重要原因之一。为了了解内部炭化对复合绝缘子绝缘性能的影响,建立了以复合绝缘子为研究对象的静电场有限元模型。基于电场数值分析理论,采用有限元分析法实现了对复合绝缘子电位与电场分布的精确计算,计算结果表明在两端金具与棒芯接触处场强最大。同时,对炭化后复合绝缘子的电压分布的分析计算表明,绝缘子的炭化区域基本丧失绝缘性能,并将加速未炭化部分的老化;高压端前数片绝缘子的电压比正常值高出27．09％,有绝缘击穿的可能;炭化区域绝缘子电压出现畸变,局部放电的可能性大大增加。