绝缘子湿增长动态覆冰模型研究

绝缘子覆冰是一种复杂的自然现象,涉及流体力学、热力学、气象学等多方面的问题。为了实现绝缘子湿增长覆冰的数值计算和模拟,该文采用软件仿真、理论分析和试验研究相结合的方法分析了不同环境条件下的绝缘子表面水滴碰撞捕获、水膜的流动和冻结等物理过程。综合考虑冰棱长度对绝缘子外部流场及水滴运动轨迹的影响及冰棱壁面水膜"断流"对冰棱生长的影响,基于质量守恒定律和能量守恒定律,建立了绝缘子表面覆冰厚度和冰棱增长的计算模型。在重庆大学人工气候室内通过控制环境参数,对FXBW-110/100绝缘子进行湿增长覆冰试验,记录不同环境温度、不同风速下复合绝缘子伞裙表面覆冰厚度、冰棱长度随着时间的变化规律。将试验值和模型计算值进行对比,得到绝缘子表面覆冰厚度平均误差15%,冰棱长度平均误差10%,验证了模型的有效性。     

冰棱生长对绝缘子覆冰过程的影响分析

国内外对不同环境参数下绝缘子覆冰增长特性进行了大量的试验研究,而绝缘子湿增长覆冰过程中会产生冰棱,对冰棱如何影响绝缘子覆冰的研究较为缺乏。因此,该文首先基于流体力学原理,采用仿真软件Fluent对比分析有、无冰棱及冰棱长度对绝缘子外部气流场及水滴运动轨迹的影响,计算得到不同冰棱长度下绝缘子表面的水滴碰撞率α_1。在此基础上,根据热平衡方程,推导出绝缘子表面冻结系数α_3的计算公式,进而得到绝缘子表面覆冰厚度增长模型。对复合绝缘子FXBW-110/100和瓷绝缘子XP-160在人工气候室开展湿增长覆冰试验,研究不同温度及风速下,绝缘子表面覆冰厚度随时间的变化规律,并将模型计算结果与试验值对比。结果表明:两种绝缘子表面覆冰厚度模型的计算值与试验值的误差小于10%,瓷绝缘子覆冰厚度增长速度快于复合绝缘子,并且随着冰棱长度的增加,绝缘子表面覆冰厚度增长速率逐渐降低。     

绝缘子表面水滴局部碰撞特性的仿真计算

绝缘子覆冰是电力系统不可忽视的灾害之一。为满足当前绝缘子覆冰数值模拟的需求,高效准确地获得绝缘子表面水滴局部碰撞特性是必要的。本文分别采用欧拉-拉格朗日法和欧拉-欧拉法计算了绝缘子表面水滴局部碰撞率β分布,对比分析了两种方法在仿真三维结构水滴碰撞问题上的优劣差异。以普通玻璃绝缘子LXY-120为仿真样品,采用剖切方式,计算分析了不同风速、不同水滴中值直径条件下,绝缘子表面不同位置(绝缘子表面、钢帽、绝缘子伞裙边缘)的水滴局部碰撞率分布特性。结果表明:欧拉-欧拉法和欧拉-拉格朗日计算水滴局部碰撞率的准确度相近,但前者相对于后者在计算三维结构问题时效率更高;绝缘子迎风面β值从两侧向中心逐渐增大,不同剖切面的水滴碰撞范围和最大β值不同;绝缘子钢帽和边缘的β值远大于绝缘子表面,并随风速和MVD的增大而逐渐趋于饱和。     

基于深度 Q 学习和连续小波变换的旋转机械故障诊断方法

针对旋转机械故障诊断中深度神经网络特征学习能力强、决策能力弱的问题,利用卷积神经网络拟合强化学习中的 Q 函数,通过 Q?learning 算法学习策略实现故障诊断,提出了基于深度 Q 学习和连续小波变换的旋转机械故障诊断方法。对振动信号进行连续小波变换得到时间尺度矩阵,构建出环境状态空间,实现智能体与环境间的交互;用 CNN 拟合 Q?learning 中的 Q 函数得到深度 Q 网络,将环境返回的状态输入到深度 Q 网络中学习故障数据具体的状态特征表示,并据此表征学习策略,智能体采用 ε?贪婪方式决策出动作,利用奖励发生器对动作进行评价;通过智能体与环境间不断交互学习以最大化 Q 函数值,得到最优策略实现故障诊断。这种方式融合了深度学习的感知能力和强化学习的决策能力,从而有效提高了诊断能力。通过不同工况及不同样本量下齿轮箱故障诊断实验证明了所提方法的有效性。     

绝缘子表面三维覆冰特性的影响因素

覆冰可极大程度降低绝缘子绝缘性能,严重威胁输电线路的稳定运行.开展绝缘子覆冰特性研究并建立绝缘子覆冰增长数值计算模型是解决绝缘子覆冰闪络问题的基础.为研究自然条件下绝缘子覆冰增长的发展规律和其影响因素,该文从环境参数出发分析绝缘子表面水滴碰撞、冻结、水膜流动等过程,对比不同覆冰类型增长过程的差异性,并基于流体力学和热力学基本理论建立绝缘子三维覆冰数值计算模型.在此基础上,以绝缘子LXY?120为例,对不同环境条件下绝缘子覆冰类型及增长特性进行仿真计算,并在雪峰山对两种不同类型的绝缘子进行了自然覆冰试验,将测量得到的绝缘子覆冰质量、最大覆冰厚度和仿真结果进行了对比,结果表明,不同环境条件下,绝缘子表面覆冰类型、发展过程、覆冰面积、速率等均有差异.此外,绝缘子伞裙结构会影响覆冰增长.复合绝缘子FXBW?220因为伞裙直径更小、厚度更薄,且具有多伞裙结构,其覆冰增长速率大于普通玻璃绝缘子LXY?300.自然条件下,覆冰可很快连通复合绝缘子伞裙间隙.     

风力发电机叶片的雾凇覆冰数值模拟

为了解风力发电机叶片覆冰情况,以某型300 kW风力发电机叶片为研究对象,根据切片-重构的思想,将叶片划分为有限个截面,基于叶片覆冰的物理过程,采用边界元法对风力发电机叶片的空气流场进行计算;采用拉格朗日法分析计算水滴在叶片表面的碰撞过程;通过迭代计算和冰形重构模拟覆冰增长过程,从而建立风力发电机叶片三维雾凇覆冰增长模...     

基于分散型旋转圆导体的覆冰参数预测

输电线路导线、绝缘子覆冰严重威胁电力系统的安全可靠运行,对覆冰环境参数进行实时监测是研究导线、绝缘子覆冰机理的关键。该文从旋转圆导体空气、水滴二相流分布出发,计算分析了不同直径圆导体水滴碰撞特性和冻结特性,以此为基础,推导了不同直径旋转圆导体覆冰速率随风速、水滴中值直径的变化规律,确定了以五个旋转圆导体为积冰器进行覆冰参数预测的方法。运用差分进化算法理论,建立基于改进的差分进化算法的覆冰参数预测模型,模型预测误差小于10%。在雪峰山自然覆冰基地开展了覆冰验证试验,利用自主设计的分散型旋转圆导体对6.7h覆冰期进行了不间断监测,装置工作状态良好,将试验所得数据代入预测模型,所得风速、环境温度、水滴中值直径、空气液态水含量四个环境参数预测值平均误差均小于7%,验证了装置测量数据以及预测模型准确度。     

基于最优时间步长模型的输电导线雾凇覆冰预测

输电导线覆冰是影响电力系统安全稳定运行的主要自然灾害之一,研究大气环境参数对导线覆冰过程的影响并对其进行准确预测具有重要意义。考虑直接影响覆冰预测准确度和计算时间开销的计算时间步长ts,研究并提出覆冰预测最优时间步长模型,针对雾凇覆冰情形,在每步预测计算中重新确定时变环境参数,对重构网格贴体加密,采用有限体积法求解基于RNG方法的k-ε湍流模型得到气流流场,采用拉格朗日方法在气流流场基础上得到过冷却水滴运动轨迹,通过后处理获得导线雾凇覆冰质量与冰形。研究导线在不同风速、大气温度、液态水含量、水滴中值体积直径以及导线直径等因素下的雾凇覆冰质量与冰形,总结了各因素对导线雾凇覆冰的影响规律。为验证所建雾凇覆冰预测模型,在重庆大学雪峰山自然覆冰试验基地进行了自然雾凇覆冰试验。试验得到的覆冰质量及冰形均与文中预测结果吻合度较好,证明了该预测模型准确、有效。     

硅橡胶复合绝缘子在不同可溶污秽成分下的闪络特性研究

随着社会经济和汽车工业的蓬勃发展,电力系统外绝缘污秽成分逐渐趋于多样性,不同污秽对硅橡胶复合绝缘子污闪特性的影响不同,现有研究大多未对这一因素加以考虑。该文试验研究了硅橡胶绝缘子在NaCl、CaSO_4、MgSO_4、KNO_3、NaNO_3、NHNO_3、Mg(NO_3)_2、Ca(NO_3)_2 8种常见单一可溶污秽成分下的污闪特性,试验中,采用浸污法对试品进行染污,恒压升降法获取绝缘子闪络电压;根据试验结果,对可溶污秽成分对绝缘子污闪特性的影响机理进行了分析,并对其影响规律进行了探究。结果表明:硅橡胶复合绝缘子在不同可溶污秽成分下对应的污闪特性有所差异,但均可用负幂函数表征污闪梯度与等值盐密(equivalent salt deposit density,ESDD)的关系;相同ESDD下,NaCl对应较低的污闪电压梯度,而CaSO_4对应较高的污闪梯度,硝酸盐的n值介于0.178~0.238之间;各可溶污秽成分阴离子对应的污闪梯度规律为Cl~-NO_3-SO_4~(2-);对于硝酸盐而言,其阳离子对应的污闪梯度大小为K~+Na~+、NH_4~+Ca~(2+);在单一易溶污秽染污情况下,硅橡胶复合绝缘子污闪梯度特征参数α与n之间满足线性负相关关系,即α可用n的线性函数进行表示,这可为工程设计减少试验次数,节约设计成本。