基于电容效应的覆冰检测方法

来源 :重庆大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sscy2002
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输电线路的冻结覆冰灾害一直严重威胁着电力系统的安全稳定运行,给社会经济发展和广大人民生产生活造成了严重的影响,故对于输电线路覆冰状态的检测具有非常重要的意义。经过多年来广大研究人员的努力,目前应用于输电线路的方法可以分为人工测量法,视频图像法,力学特性法,理论模型计算法等方法,然而上述方法存在操作繁琐,设备稳定性欠佳,测量精度不够等问题,因此,开发和研究新的输电线路覆冰检测方法一直是国内外研究的重点。本文提出了一种基于电容效应的覆冰检测方法,依托重庆大学多功能人工气候室和雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站,在导线上加装极板后覆冰实验,得到了不同条件影响下,导线覆冰增长的电容变化特性,本论文的主要研究内容如下:(1)本文采用宽频介电谱仪,对不同覆冰水电导率形成的覆冰进行了电气特性参数实验,发现在低频时,覆冰水电导率对冰的相对相对介电常数影响比较大,这种影响随着频率的升高而下降,在10~7Hz时,不同覆冰水电导率形成的覆冰相对介电常数趋于稳定值3.8,其差异非常小;低频时,冰的介质损耗角正切较大,且随着覆冰水电导率的增加而变大,随着频率的升高,冰的介质损耗角正切快速下降,在10~7Hz时都趋近于0,此时冰可以视为一个纯电容器;冰的体积阻抗率同样随着覆冰水电导率的增加而减小,随着频率的增加而减小。即冰的电气参数在高频时非常稳定。(2)传统的平行板电容器并不适用于输电线路的覆冰检测,因其几何结构会阻挡导线覆冰捕获过冷却水滴的过程,对极板间覆冰量产生影响,本文采用曲面贴面电极作为电容极板,分别通过计算和实验验证了其合理性。(3)导线覆冰增长的电容与冰厚的关系呈现为幂函数关系,有明显的非线性关系;不同覆冰水电导率对覆冰电容的影响较小,而覆冰类型和覆冰形态对覆冰电容的影响较大,相同条件和覆冰厚度下,雨凇冰电容最大,混合淞次之,硬雾凇最小;同样在相同条件和厚度下,圆柱形覆冰的电容大于翼形覆冰的电容,且这种电容的差距均随着覆冰厚度的增加而变大。(4)在覆冰种类,形态都相同的情况下,等厚度的自然覆冰电容大于人工气候室覆冰,而本文发现自然条件下形成的覆冰比人工气候室的覆冰更为致密,本文通过计算分析,论证了不同覆冰密度对覆冰电容的差异,也解释了不同覆冰类型以及人工气候室和自然覆冰之间电容变化趋势的差异。(5)覆冰过程中冰层表面一直存在的水膜,对于覆冰电容的测量有非常大的影响,雨凇,混合淞和硬雾凇含水膜的电容计算值平均分别为不含水膜的计算值的1.77倍,1.97倍和2.02倍,在工程实际的测量中,需要考虑天气因素,如下雨,大雾等对冰层表面水膜分布的影响。
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