表面应力分布对252 kV GIS盆式绝缘子机械性能影响的研究

针对252 kV GIS盆式绝缘子表面应力分布对其机械性能的影响建立了模型,并利用三维有限元分析软件对其进行仿真计算。为验证理论计算的有效性,搭建了一个盆式绝缘子水压试验平台。采用静态应变测试系统和应变片对盆式绝缘子在水压试验过程中其表面应力分布情况进行信号转换和数据采集。试验结果表明:水压强度为2. 5 MPa时,盆式绝缘子先从嵌件一侧脱落,沿两侧路径破裂至其弧面末端与内密封槽间的倒圆角处;试验中测得环氧树脂部分最先开裂位置的最大应力约为52. 25 MPa,且破裂位置与仿真计算结果一致;由于工艺上的不完善导致了破裂的起始位置为嵌件处,而不是树脂表面最大应力处。试验结果可为盆式绝缘子在结构上的优化设计提供参考,最终达到提高盆式绝缘子机械强度的目的。     

盆式绝缘子力学性能测试及分析

为研究252 kV盆式绝缘子的力学性能,对盆式绝缘子进行重复水压试验和水压破坏试验,利用电阻应变测量技术实测其变形情况。研究发现,重复加载的压力值在3.0 MPa以内,盆式绝缘子的应变变化与受到的外力呈线性,且卸载后盆式绝缘子可恢复到初始状态;根据实测结果分析盆式绝缘子凹面受到压力作用时凸面的应力分布规律,弧线段末端为应力集中区域;盆式绝缘子的应变是外加载荷和内应力的共同作用,内应力过大对盆式绝缘子整体的强度有一定影响。     

基于有限元和神经网络方法对220kV盆式绝缘子屏蔽罩结构优化设计

针对GIS中盆式绝缘子,提出了一种优化其屏蔽罩结构参数的方法。这种方法首先运用有限元方法对盆式绝缘子建立模型,并进行电场计算,然后以此确定了盆式绝缘子屏蔽罩结构优化目标;在此基础上,引入神经网络算法,利用BP神经网络拟合了屏蔽罩各结构参数与优化目标之间的关系,对屏蔽罩的结构参数进行了优化设计,得到最优结构参数,克服了传统穷举法计算量大、消耗时间长的缺点。实验结果表明,安装优化后的屏蔽罩,可以大大降低盆式绝缘子沿面最大场强,有效改善盆式绝缘子沿面电场不均匀程度。     

GIS用盆式绝缘子电场分布与绝缘性间关系研究

盆式绝缘子是GIS设备较为重要的绝缘件,在实际运行中,其绝缘性能与电场分布关系密切。从一起盆式绝缘子事故分析入手,对盆子烧蚀产物和故障气体进行成分分析。分析结果表明:盆子局部高场强导致电弧闪络产生大电流,从而引起盆子表面烧蚀和SF6气体成分变化。基于此,通过理论解析方法从金属屑、金属突出物和绝缘介质内部存在气泡3种绝缘缺陷对局部高场强进行理论解释,并得到其局部场强增强系数。随后建立盆式绝缘子三维电场仿真计算模型,得到其电场分布规律,发现盆式绝缘子表面场强分布不均匀,易在中心导体附近形成局部场强集中,应在设计中加强对该区域的屏蔽措施。本文的研究成果对盆式绝缘子的绝缘结构设计以及GIS设备的现场监测和维护具有一定的理论和指导意义。     

基于声衰减特性的激光超声盆式绝缘子缺陷检测研究

激光超声具有非接触、宽频带、高分辨率等优势在无损检测领域受到广泛关注，为了研究GIS盆式绝缘子材料内部及表面的缺陷状态，利用激光超声技术通过研究声衰减特性间接判断缺陷状态的方法。利用30 ns脉冲宽度的激光对5 mm厚度的绝缘子材料试板进行频率为100 kHz的区域扫查，分析了表面气泡缺陷的存在对声衰减系数的影响，通过对有缺陷的区域和无缺陷区域扫查结果的对比分析，得出在有气泡孔洞下其衰减系数会减小，且随着激光能量增大衰减系数增大，当能量达到一定数值时，衰减系数达到一个稳定值的结论，验证了利用声衰减特性对盆式绝缘子材料缺陷检测的可行性，并为微小气泡缺陷定量表征提供了基础。     

基于超声透射法的盆式绝缘子紧固螺栓松动检测方法

盆式绝缘子是GIS中重要的支撑部件，当固定它的法兰螺栓松动后，盆体会因受力不均而破裂，引起重大安全事故。文中提出一种盆式绝缘子螺栓松动检测方法，将压电传感器以一发一收的方式布置在待检测螺栓附近，通过超声信号仪激励一侧压电传感器发射超声波，并在另一侧对压电传感器接收到的信号分别进行互相关和自相关计算，获得表征螺栓松动的超声信号声时差和能量。通过实验研究了螺栓不同松动程度下信号能量和声时差的变化规律，结果表明，随着螺栓扭矩增加，超声透射信号的声时差逐渐减小、信号能量逐渐增大；当螺栓扭矩增大到一定程度后，超声透射信号的声时差不再变化而能量继续增大。可见，能量相比声时差对螺栓松动更敏感，所以可以通过计算超声信号能量来实现盆式绝缘子固定螺栓的松动检测。     

直流GIL中柱式绝缘子附着金属微粒对表面电荷积聚的影响研究

针对直流GIL封闭输电线路中金属微粒污染的现象,在充分考虑金属微粒对绝缘子表面电荷分布影响的基础上,建立了含金属微粒的柱式绝缘子表面电荷积聚时变数学模型,采用COMSOL仿真分别分析了金属微粒、电压幅值、电压极性及其共同作用对直流GIL绝缘子表面电荷积聚动态过程的影响。研究结果表明:绝缘子表面法向电场强度与表面电荷分布密切相关;金属微粒与电极直接接触的绝缘子表面呈现与接触电极相同的电性,与绝缘子中部接触的绝缘子表面位置呈现与微粒所对应电极相反的电性;随着电压幅值的增加,附着金属微粒的绝缘子表面电荷积聚现象愈加严重;随着电压极性的改变,附着金属微粒的绝缘子相同位置处的表面电荷密度大小相等、电性相反;当电压极性发生反转时,绝缘子表面法向电场强度增加、切向电场强度减少。     

桥梁盆式橡胶支座试验分析

对盆式橡胶支座的竖向变形试验方法、荷载与变形的曲线关系、残余变形测试以及试验加载速率等进行了试验研究,通过对大量试验结果的分析,对盆式橡胶支座的试验提出了一些意见和建议,以期提高盆式橡胶支座检测的准确性。盆式橡胶支座是新时代发展较快的一种新型桥梁支座,以其诸多的优点广泛应用于公路、铁路桥梁建设中。本文结合笔者多年室内试验经验,分析了桥梁盆式橡胶支座的实验过程,通过总结和探讨大量的试验结果,提出了一些个人的见解,供类似研究参考。     

基于电磁波频谱的棒形悬式复合绝缘子内部缺陷放电检测方法

分析了棒形悬式复合绝缘子绝缘内部缺陷放电的故障形成机理及过程,依据发展不同时期的严重程度,提出相应的故障模拟方法。通过仿真计算绝缘子高压端及故障位置的电场畸变情况,验证故障模拟方法的可靠性。测量不同故障状态下棒形悬式复合绝缘子故障放电辐射的电磁波频谱,得出不同故障放电的幅频特性。同时通过紫外成像仪观察故障处的放电光子数,对比不同严重程度内部故障情况下的放电情况。试验结果证明,通过检测棒形悬式复合绝缘子加电压时缺陷处辐射电磁波的幅频特性,可以判断绝缘是否发生故障及故障的严重程度,为线路巡检故障棒形悬式复合绝缘子提供了新的方法。     

盆式橡胶支座试验研究

对盆式橡胶支座的竖向变形试验方法、荷载与变形的曲线关系、残余变形测试以及试验加载速率等进行了试验研究,通过对大量试验结果的分析,对盆式橡胶支座的试验提出了一些意见和建议,以期提高盆式橡胶支座检测的准确性。     

基于曲线和点状奇异性的接触网用棒形瓷绝缘子外部缺陷的状态检测方法

针对电网中绝缘子破损与夹杂异物的不良状态图像检测问题,提出一种利用二代曲波变换和双正交小波变换检测图像的曲线状奇异性和点状奇异性的绝缘子不良状态定位检测方法。首先通过Radon变换确定图像中高灰度值直线的大致方向并以此方向分别旋转原图像;然后采用二代曲波变换定位绝缘子并微调图像旋转角度;最后利用二代曲波变换检测图像的曲线状奇异性判断绝缘子破损状态,并利用双正交小波变换检测图像的点状奇异性判断绝缘子夹杂异物状态。测试结果表明,该方法绝缘子识别效果良好,判断结果准确可靠,能达到绝缘子不良状态检测的目的。     

一种基于颜色和相关参照特征的铁路绝缘子识别方法

目前,铁路绝缘子水冲洗车均采用人工操作,劳动环境差、冲洗效率低、造成水资源浪费。采用绝缘子自动冲洗是解决人工冲洗问题的有效途径,快速识别和定位绝缘子是实现自动冲洗的重要条件。在对现有绝缘子识别方法进行分析研究之后,提出了一种基于绝缘子颜色特征以及铁路绝缘子与接触网支架相对位置关系特征对图像进行识别的新方法,首先,在HSV颜色空间对其分量利用阀值分割去除大部分背景干扰,其次以支架为参照,将绝缘子的识别转换为支架的识别,最后根据铁路绝缘子与支架之间相对位置关系特征识别定位绝缘子。实验结果表明,该方法在准确识别和定位出铁路绝缘子的基础上,缩短定位时间,为下一步绝缘子实时跟踪提供保障。     

受弯曲应力的复合绝缘子的机械特性

在北美昨合线路柱式绝缘子的应用日益普遍。本文发表了对这些绝缘子长期弯曲强度的试验结果及分析，发展了“损伤极限”的新概念。在运行时，复合线路柱式绝缘子经受复杂的负荷。数学模型与试验结果具有良好的一致性，允许提出线路柱式经缘子多个负荷应用曲线。     

适于机器人的输电线路盘形瓷绝缘子检测技术研究

使用机器人检测高压输电绝缘子是解决超高压、特高压线路低零值绝缘子问题的有效手段之一。现有的低零值绝缘子带电检测方法和技术并非专为巡线机器人量身定做,可能因机器人操作与人工操作的差异而带来新的误差,严重影响检测效果,甚至得出错误诊断结果。针对机器人的运行特点,提出了基于局部电场分布特征的盘形悬式瓷绝缘子伞裙识别方法,无需在测量绝缘子电场分布的同时另外诊断电场测量装置的空间位置,解决了现有电场法检测仪器不能稳定、准确地确定被测点位置信息的缺点,并且通过仿真计算和实验室实测试验,验证了所提出方法的效果。该方法也适用于直流输电线路、复合绝缘子检测。     

光纤式复合绝缘子实现状态监测的实用化研究

介绍了一种光纤式复合绝缘子内部缺陷状态监测的新方法,利用埋植于复合绝缘子内的光纤光栅传感器现场检测其内部温度与应力的微小变化,从而可以判断其内部缺陷,通过在110 kV及220 kV线路上的挂网运行,可以实时监测复合绝缘子的运行状态。     

基于动力特性的复合支柱绝缘子节点损伤识别方法研究

以支柱类复合电气设备为研究对象,分析了结构损伤对其自振频率、振型等动力特性的影响,并通过预设损伤,运用基于动力特性的识别方法进行损伤识别分析。结果表明,绝缘子节点发生损伤会导致结构自振频率降低,且节点损伤程度越大,结构自振频率下降幅度也增大。通过损伤前后结构自振频率变化的平方比可快速准确定位绝缘子节点损伤位置,而采用基于振型曲率模态的损伤识别方法,不仅可以识别出支柱绝缘子发生损伤的位置,还可以判断其损伤程度。     

基于改进CV模型的绝缘子精确定位研究

在进行绝缘子污秽处理研究时,对绝缘子进行匹配识别后不可避免的要对绝缘子进行精确定位分割,针对运用普通的Chan-Vese(CV)模型对绝缘子图像分割时存在无法完整分割目标,甚至错误分割的问题,提出应用改进的CV模型对绝缘子图像进行精确定位。首先为抑制图像过渡部分的突变,利用中值滤波增强原始图像的平滑性;其次通过分析目标图像RGB各分量特点对目标图像进行粗定位,得到绝缘子的位置点,同时运用Hough变换确定绝缘子倾斜角度;然后提出应用绝缘子的位置点与倾斜角度对绝缘子进行精确定位,并构造绝缘子的CV模型初始轮廓,最终完成绝缘子的分割处理。实验结果表明:通过改进CV模型对任意位置的绝缘子进行精确定位的方法可准确、快速地分割绝缘子图像,具有较强的自适应性。     

基于RGB特征的污秽复合绝缘子放电过程分析

绝缘子放电的可见光数字图像中包含丰富的色度信息,利用数字图像处理技术处理了在人工雾室中复合绝缘子污闪试验拍摄的放电图像。先将绝缘子放电图像分离为三基色分量图,然后将红(R)绿(G)和蓝(B)分量图转换为灰度图,提取各分量的灰度值并计算各分量占比。分析结果表明:沿着电弧发展路径上,R、G、B三分量的灰度值先增大后减小,能够反映绝缘子放电集中在绝缘子中间位置。随绝缘子放电过程进行,三个色度分量灰度值较大且出现集中时间段,期间还包含相对平稳且较小时间段,这反映了绝缘子表面局部起弧息弧的过程;电压继续升高,R、G、B分量灰度值较之前大了一个数量级,这表明了绝缘子表面电弧越来越粗,电弧放电量达到最大;在绝缘子临闪时,各分量灰度值迅速增大;三个分量的占比变化曲线,可以反映放电加剧变化情况,可用于放电严重程度的判断。上述绝缘子放电电弧图像R、G、B分量灰度值变化规律可以定量反映绝缘子放电剧烈程度与放电过程,为复合绝缘子污闪预警提供了可靠依据。     

光学电场传感器性能对劣质绝缘子检测结果的影响

电场传感器用于绝缘子带电检测技术中,有两个制约绝缘子劣化检测结果精度的主要因素:一是空间电场测量的精度和稳定性,二是空间位置的分辨率和稳定性。通过对复合绝缘子电场分布进行计算分析,并通过试验进行了对比论证。结果表明:使用Pockels光学电场传感器提高电场强度精度以及使用电机进行测量位置准确定位,可显著提高对劣化绝缘子的分辨能力和带电检测的效果。     

超高压V型绝缘子串含零值绝缘子的空间电场畸变特性研究

作为500 kV超高压输电线路重要组成部分的V型绝缘子串长期运行后其绝缘性能下降,易产生零值绝缘子;非接触零值绝缘子的检测需要准确的含零值绝缘子电场特性作为理论依据。因此,本研究建立了500 kV超高压V型绝缘子串含零值绝缘子空间电场仿真计算模型,研究了不同电场监测路径下的电场监测波形特征及畸变特性。研究结果表明：高压端、中部、低压端零值绝缘子的存在均会使电场波形发生较为明显的畸变。对于合成电场和电场纵向分量,当存在零值绝缘子时,零值绝缘子附近将会出现向下畸变的波峰(电场值的突降);对于电场横向分量,则反之。含零值绝缘子时的电场幅值畸变量与幅值畸变比随着零值绝缘子位置的改变而变化。从计算结果可以看出,电场幅幅值畸变比最小值可达18.11%,表明从电场的畸变特性入手可实现超高压V型绝缘子串零值绝缘子的定位。最后,非接触式现场检测实验表明,本研究仿真结果与真实电场波形情况高度一致,本研究所提出的基于电场畸变特性的方法可以有效的识别零值绝缘子位置。