基于图像处理技术的真空电弧参数化研究

真空电弧的演变规律对于真空断路器的设计具有重要意义。本文结合图像处理技术,利用拆除屏蔽罩的玻璃真空灭弧室,对交流电弧和直流开断电弧进行了拍摄及数字化分析。并采用改进的双阈值灰度图像分割算法,将电弧图像分割为三个特征区域,并计算出电弧直径、高灰度值区面积、高灰度值区面积率三个特征参数。结果表明,在纵向磁场下的作用下,交流电弧在2 ms左右的初始扩散过程后,会继续稳定燃烧直至电流自然过零熄灭;而直流开断电弧在被引燃后,存在1 ms左右的高灰度值区面积率较高的过程,随后经历短暂的扩散过程后,由于换流电流的投入而快速熄灭。     

真空开关电弧图像面积变化研究

真空电弧在燃烧过程中的形态变化对真空开关的开断性能有着重要的影响。为了实现对真空开关电弧形态燃烧过程的定量分析,提出了真空开关电弧图像面积概念,并对影响电弧面积变化的真空间隙、电压、磁场三因素进行了实验研究分析。结果表明:①真空间隙越大,电弧面积分布区域越广,减轻了电弧对触头表面的烧蚀;②开断容量越大,电弧的面积分布区域越大,同时对电弧表面的烧蚀越严重;③纵磁场的存在使电弧在真空间隙中分布更加均匀,有利于提高真空开关的开断能力。     

基于人工过零技术的直流真空断路器分断特性浅析

对影响基于人工过零技术的直流真空断路器的各种因素进行分析,认为电流过零时真空电弧的扩散状态是可靠分断的最主要的原因,通过增加轴向磁场强度和刚分速度,降低电流过零时的电流变化率以保持电弧的扩散状态有以利于分断。     

60 kV双断口直流真空断路器换流回路参数优化分析

以60kV双断口直流真空断路器为研究对象,通过对30 kV单断口直流真空断路器不同频率下换流回路中电容、电感值进行优化为研究基础,得到不同电容值与弧后电流,电流过零时间的关系,综合考虑成本经济因素,为满足合适的开断性能提供参考。选取单断口换流回路的最佳电容、电感值对双断口开断过程进行仿真,对比分析各个频率下双断口直流真空断路器主断口瞬态恢复电压上升规律及弧后电流下降率影响,提高双断口直流真空断路器开断性能。     

真空断路器电弧形态纹理特征研究

作为中高压电力系统的重要保护装置,真空断路器的开断性能与其电弧形态密切相关。本文利用高速摄像机对灭弧室内电弧起弧至熄灭全过程进行数字采集,针对触头开断时电弧形态的变化特点,结合纹理特征提取的方法,计算其灰度共生矩阵。通过对电弧纹理数据的分析,得到时间-熵值拟合曲线。实验表明,利用熵值变化曲线可实现对触头开断过程中电弧形态变化的描述,可为真空电弧的形态诊断及灭弧室的设计研究提供进一步补充和参考。     

交流与直流真空电弧等离子体特性比较分析

应用COMSOL多物理场仿真软件,基于电磁学与流体动力学理论建立真空电弧等离子体的流体—化学混合模型,数值模拟真空断路器灭弧室中交流与直流真空电弧放电过程。考虑粒子的经典扩散、漂移、碰撞、电离、激发的影响,研究纵向磁场作用下交流与直流电弧等离子体参数的分布。仿真结果表明:电弧放电过程中,交、直流真空电弧燃弧特性即存在相似性也存在明显不同;纵向磁场直接影响交流与直流真空电弧的发展及电弧微观粒子(电子与离子等)的密度与温度等的空间分布。如相同电流激励下,交流电弧与直流电弧等离子体参数分布相似;由于交流电弧能量下降更快,相比直流电弧其更容易被开断;纵向磁场的作用会减小阳极触头表面的电子温度,削弱阴极表面的离子速度,减少真空电弧金属蒸气的电离率。     

基于MHD的小间隙真空电弧仿真研究

真空开关电弧电流过零前的电弧等离子体状态对真空开关能否顺利开断具有十分重要的影响。本文在建立小间隙真空电弧磁流体动力学(MHD)模型的基础上,采用通用计算流体力学仿真软件对电弧电流过零前0.5 ms时的电弧等离子体的特性进行数值仿真研究。计算得到了真空电弧等离子体压力、等离子体密度、离子纵向速度、阳极表面纵向电流密度和电弧电压等的空间分布。仿真结果表明:从阴极到阳极,真空电弧等离子体压力和密度逐渐增大,而等离子体速度逐渐减小;阳极表面电流密度存在较大径向梯度,最大值低于形成阳极斑点的极限收缩电流,阳极仍不活跃。仿真得到的等离子体密度分布与高速摄像机拍摄得到的CMOS图像光强基本吻合,计算得到的电弧电压与测得的电弧电压是一致的,从而验证了本模型的可行性。     

机械式直流断路器弧后电流测量方法研究北大核心CSCD

目前机械式直流真空断路器是直流开断的主流方向之一,其主开关的弧后特性对其开断性能起着至关重要的作用。利用电流转移法设计了一种弧后电流的新型测量方法,并对该装置在测量机械式真空断路器弧后电流时的工作原理进行了分析。采用改进Mayr模型建立了真空电弧模型,利用MATLAB构建了机械式直流真空断路器弧后电流测量装置模型,仿真研究了转移电阻大小、主电流大小等对转移完成时刻电流值和转移电阻完全承受电流时间的影响,经过数据处理分析得到这些参数对电流转移特性的影响规律。基于得到的影响规律,确定了直流真空断路器弧后电流测量装置的参数,对研制测量装置并进行测试提供了理论基础。     

机械式直流断路器弧后电流测量方法研究

目前机械式直流真空断路器是直流开断的主流方向之一,其主开关的弧后特性对其开断性能起着至关重要的作用。利用电流转移法设计了一种弧后电流的新型测量方法,并对该装置在测量机械式真空断路器弧后电流时的工作原理进行了分析。采用改进Mayr模型建立了真空电弧模型,利用MATLAB构建了机械式直流真空断路器弧后电流测量装置模型,仿真研究了转移电阻大小、主电流大小等对转移完成时刻电流值和转移电阻完全承受电流时间的影响,经过数据处理分析得到这些参数对电流转移特性的影响规律。基于得到的影响规律,确定了直流真空断路器弧后电流测量装置的参数,对研制测量装置并进行测试提供了理论基础。     

基于图像序列短间隙真空开关电弧形态研究

研究短间隙真空开关电弧扩散运动特性对促进真空开关向高电压等级、大容量及智能化发展具有重要的意义。本文利用高速摄像机CMOS对真空开关电弧图像进行了采集并获得了序列电弧图像;分析了真空电弧燃烧过程扩散运动的机理及特征。综合数字图像处理技术,提出了基于二值背景差分法电弧图像燃烧扩散运动识别算法。实验结果表明:运用图像系列背景差分法可实现对真空开关电弧图像面积扩散区域进行检测,且通过计算可得到真空开关电弧在燃烧过程中不同时刻的扩散速度。     

电流强度对真空电弧收缩现象影响的仿真研究

本文以双流体模型和麦克斯韦方程为基础,推导并建立了真空电弧的三维磁流体动力学(MHD)模型。通过对该模型的求解,得到等离子体压力、密度、速度和马赫数等真空电弧的重要属性参数。通过对不同开断电流下真空电弧等离子体的电流密度的仿真研究,揭示了开断电流的大小对于真空电弧的收缩程度具有影响作用。     

真空开关电弧形态的实验研究

真空电弧形态的研究对真空开关能否有效控制和保护电路有着重要的影响.本文设计了真空开关电弧实验系统,建立了基于高速摄像设备CMOS的真空开关电弧采集系统.通过该采集系统可以每秒200,000帧采集速度得到了真空开关电弧图像.实验结果表明,真空开关电弧起始处于扩散形态,随着电流的增大,电弧月逐渐集聚,并产生阳极斑点,峰值电流过后再次转变成扩散形态,最终在阴极表面形成很多阴极斑点,做高速运动并数量不断减少至电弧完全熄灭.     

真空断路器电流峰值后弧柱收缩状态研究北大核心CSCD

真空断路器熄弧阶段的电弧形态变化直接影响弧后介质恢复强度,进而影响开断的成功与否。为探究熄弧阶段电弧收缩状态,利用高速摄像机对电弧图像进行数字采集,并结合图像特征提取与角点检测技术,对弧柱边缘进行提取。计算5. 5～7. 4 ms时间弧柱直径变化范围为155～20像素,运用曲线三次拟合方法,绘制弧柱收缩速度曲线,结合外加磁场收缩力与电弧粒子气体压力相互作用原理,解释了6. 0～6. 7时间内收缩速度平稳过渡情况,以及6. 7 ms以后的速度激增。通过此次实验得到的相关电弧形态参数,为纵向磁场真空断路器的优化设计提供一定的技术参考。     

真空断路器电流峰值后弧柱收缩状态研究

真空断路器熄弧阶段的电弧形态变化直接影响弧后介质恢复强度,进而影响开断的成功与否。为探究熄弧阶段电弧收缩状态,利用高速摄像机对电弧图像进行数字采集,并结合图像特征提取与角点检测技术,对弧柱边缘进行提取。计算5. 5～7. 4 ms时间弧柱直径变化范围为155～20像素,运用曲线三次拟合方法,绘制弧柱收缩速度曲线,结合外加磁场收缩力与电弧粒子气体压力相互作用原理,解释了6. 0～6. 7时间内收缩速度平稳过渡情况,以及6. 7 ms以后的速度激增。通过此次实验得到的相关电弧形态参数,为纵向磁场真空断路器的优化设计提供一定的技术参考。     

短间隙真空开关电弧图像边缘提取研究

为了研究短间隙真空开关电弧燃烧及其热形态变化过程,通过图像视觉系统对电弧起弧、燃烧及熄灭过程中的电弧图像进行采集,阐述了该实验系统的组成,利用图像处理技术对电弧图像进行了预处理,并通过Prewitt、LOG和Canny五种微分算子的边缘提取和结果对比。结果表明:比较3种微分算子对电弧图像边缘提取的结果,Canny算子可得到连续性、完整性和准确性均符合控制要求的电弧边缘结果,为实现真空电弧的调控提供了技术基础。     

真空开关电弧形态几何特性量化实验研究

真空电弧在燃烧过程中的形态变化特性及其发生发展在图像上所表现出来的趋势特征对真空开关的开断能力有着重要影响,为了研究真空开关电弧形态特性,针对真空开关电弧特点和电弧特性,设计并建立了一套以可拆卸真空灭弧室的真空开关电弧实验系统.利用图像处理技术对真空间隙长度为6mm,电压60V为条件下真空开关电弧几何特性(面积、周长)进行了诊断.实验结果表明运用该技术可实现真空开关电弧在真空间隙几何特征的量化测量,可应用于真空开关电弧形态特征实时在线诊断,为真空开关电弧形态调控规律研究提供了新的技术手段.     

插接式真空灭弧室电弧形态的试验研究

为了解决传统对接式真空负荷开关在大容量发电机出口负荷开关开发过程中存在无法满足大负荷电流的瓶颈问题,基于插接式触头结构的真空灭弧室具有承载大负荷电流的优势,使其成为发电机出口端真空负荷开关设计的一种优选方案.同时,通过引入横向磁场对插接式触头结构进行了改进,改进后的真空灭弧室经过试验验证也具有了开断大负荷电流的能力.在小电流情况下(I＜2 kA),插接式电极结构真空电弧特性的试验研究发现阴极斑点或者仅在单一触指上分布,或者在各个触指之间跨越同时并联存在.当阴极斑点在单一触指上分布时,一部分阴极斑点在触指开槽处成群聚集静止不动,另一部分阴极斑点沿着S型轨迹在该触指表面边缘运动;当阴极斑点从一个触指向相邻触指跨越过程中,原来触指上的阴极斑点并不熄灭而是同时并联存在.     

基于反向P–M扩散分割的缝线断线检测

目的 实现面粉袋缝线断线自动化检测。方法 设计反向P–M扩散分割的缝线断线检测方法。首先采集缝线图像,并进行灰度开运算,以消除复杂背景及面粉袋两边端线的干扰。针对现场光照变化、反射不均、面粉噪声等环境因素对缝线提取的影响,对面粉袋表面与缝线的灰度特征、梯度特征进行分析,设计反向P–M扩散因子,先将图像进行反向P–M扩散,将扩散后的图像与开运算处理后的图像进行差分处理,从而抑制复杂背景纹理,增强缝线与面粉袋的区分度,将阈值分割出的缝线与面粉袋顶端缝边长度进行对比,判断缝线是否断线。结果 实验结果表明,利用该算法进行缝线检测实验,断线检测准确率达到96%,每张缝线图片处理时间只需120 ms。结论 基于反向P–M扩散分割的缝线断线检测方法是一种无接触缝线断线检测新方法,具有准确率高、速度快等优点,满足面粉生产企业断线自动化检测的要求。     

基于背景图像差分的运动人体检测

在背景图像差分的基础上,提出一种改进的实时背景更新算法.通过背景学习过程,利用若干帧连续图像中每点像素灰度值样本,估算对应像素点的灰度值均方差.利用正态分布的"3σ原则"对图像背景进行实时更新,消除背景变化对人体分割的影响.提出基于图像平均灰度值的阈值分割算法,以提高算法对不同光照强度的适应能力.提出基于垂直投影图的阴影消除算法,分析表明,人体躯干和影子区的垂直投影特性不同,由此可以有效消除人体影子.实验结果表明,本算法在不同的光照情况下能够完整分割运动人体图像.     

基于像素平均梯度的灰度图像分割法

提出利用邻域平均梯度(NAG)的高低差异将像素分为两个集合,将具有过渡性灰度值的高梯度像素分离后,再分析代表目标区域的其余像素的灰度差别并分割图像.证明这种新方法使分割更方便更准确.