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面向电力铁塔倾角检测的电磁式微风能量采集器研究

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电力大数据 2024年第3期27卷 9-15页

作者：徐长宝辛明勇古庭赟薛世涵王熙鲁彩江贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550002 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

电力铁塔倾斜检测是保障高压输电线路安全和稳定运行的重要手段,目前状态检测设备存在功耗高、依赖化学电池供电等问题。该研究设计了一种集成自供能铁塔倾角无线传感系统,通过电磁能量采集器收集高空铁塔风能,由低功耗能源管理电路进... 详细信息

电力铁塔倾斜检测是保障高压输电线路安全和稳定运行的重要手段,目前状态检测设备存在功耗高、依赖化学电池供电等问题。该研究设计了一种集成自供能铁塔倾角无线传感系统,通过电磁能量采集器收集高空铁塔风能,由低功耗能源管理电路进行能源存储与负载供电。该系统的性能经电磁仿真和实验验证,采集器可在2 m/s的风速下启动,在8 m/s的风速下,装置空载情况的电压为1.25 V,输出功率为8.2 mW。得到了用BQ25570芯片搭建低功耗能源管理电路,通过升压后输出3.3 V电压对倾角传感器进行供能测试。根据实验结果,此装置可以为铁塔倾角传感器或其他小型电气设备供电,这将为自供能物联网无线传感网络节点提供技术支持。

关键词：电磁能量采集铁塔倾角状态检测能源管理自供电

双圆筒型电场能采集器输出特性分析与实验研究

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自动化与仪器仪表 2024年第1期 44-47页

作者：杨爱超刘明王毅吴宇李沛鲁彩江国网江西省电力有限公司供电服务管理中心南昌330032 西南交通大学机械工程学院成都610031

存在于电力导线周围的能量中,电场能相较其他形式能量输出更加稳定,但功率相对较小,因此,如何更高效的采集环境电场能十分具有研究意义,针对双圆筒型电场能采集器输出特性展开分析与实验研究。首先,结合Maxwell仿真,针对电力导线周围电... 详细信息

存在于电力导线周围的能量中,电场能相较其他形式能量输出更加稳定,但功率相对较小,因此,如何更高效的采集环境电场能十分具有研究意义,针对双圆筒型电场能采集器输出特性展开分析与实验研究。首先,结合Maxwell仿真,针对电力导线周围电场与电势分布特点进行分析,解释了圆筒型电场能采集器的合理性,建立电场取能等效电路,剖析了能量采集器取能原理,根据理论公式推导,分析能量采集器输出特性。其次,建立三维电场能采集器有限元模型,仿真分析了采集器极板长度、内外层极板半径等因素对能量收集的影响。最后,搭建电场取能实验平台,对相关影响因素进行了实验验证。实验表明,实验曲线与理论曲线基本吻合,证明了理论推导的正确性,增大采集器外层板外径或采集器极板长度可有效增大采集器输出电流。

关键词：电场取能双圆筒型采集器输出特性 Maxwell仿真

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基于模糊判据的接地网腐蚀程度诊断方法研究

自动化仪表 2024年第3期45卷 8-11,17页

作者：辛明勇徐长宝骆柏锋徐振恒刘子轩鲁彩江贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550002 南方电网数字电网研究院有限公司广东广州511365 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

电力设备(如杆塔、变压器、配电房等)的接地网严重侵蚀会突发停电、漏电等事故。为了进行电力设备接地网腐蚀情况诊断,提出了一种接地网腐蚀程度诊断方法。基于电磁感应原理,利用CDEGS软件对接地网导体不同腐蚀情况进行了仿真。结合仿... 详细信息

电力设备(如杆塔、变压器、配电房等)的接地网严重侵蚀会突发停电、漏电等事故。为了进行电力设备接地网腐蚀情况诊断,提出了一种接地网腐蚀程度诊断方法。基于电磁感应原理,利用CDEGS软件对接地网导体不同腐蚀情况进行了仿真。结合仿真数据、模糊判据方法,明确了不同腐蚀程度下接地网正上方地表磁感应强度分布规律。对不同程度腐蚀时磁感应强度与理想状态(即不存在腐蚀)下的磁感应强度进行了贴近度计算,进而对接地网导体腐蚀程度进行了等级划分。通过对接地网模型施加正弦激励电流,基于电磁感应原理并利用模糊判据对接地网导体故障进行诊断。该方法为接地网缺陷检测提供了理论指导,可应用于实际工程。

关键词：电力设备接地网正弦激励电流模糊判据 CDEGS软件腐蚀诊断电磁感应贴近度

FeGa/PZT圆柱体磁电复合材料在8/20μs雷电激励下磁电响应仿真分析

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功能材料 2022年第10期53卷 10111-10115页

作者：李跃肖小兵蔡永翔张紫嫣鲁彩江贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳550005 西南交通大学机械工程学院成都610031

目前,雷击故障以成为线路的主要故障之一。8/20μs雷电流是电力系统实验中典型的冲击电流波形。借助有限元仿真分析软件COMSOL,分析FeGa/PZT圆柱体磁电复合材料在8/20μs雷电激励下磁电响应,为磁电复合材料在雷电测量领域提供理论分析... 详细信息

目前,雷击故障以成为线路的主要故障之一。8/20μs雷电流是电力系统实验中典型的冲击电流波形。借助有限元仿真分析软件COMSOL,分析FeGa/PZT圆柱体磁电复合材料在8/20μs雷电激励下磁电响应,为磁电复合材料在雷电测量领域提供理论分析基础。仿真中,采用二维轴对称结构建立了FeGa/PZT圆柱体磁电复合材料的模型;首先,对复合材料在正弦激励下的磁电效应进行了仿真,得知结构主振模态为一阶纵波振动,频率为100.36 kHz。其次,采用双指数函数模型模拟8/20μs雷电流瞬态激励电流,对结构瞬态磁电响应进行了仿真分析。结果表明,FeGa/PZT圆柱体磁电复合材料输出电压可以有效跟随8/20μs雷电流变化过程,但以频率100.36 kHz进行阻尼振荡;在峰值为0.5 A~10 kA的8/20μs雷电流测量范围内,FeGa/PZT磁电复合材料对8/20μs雷电流幅值测量灵敏度达到1.8 mV/A,线性度达到98.55%。以上结果证明,FeGa/PZT磁电复合材料在雷电流测量领域有良好的应用前景。

关键词：磁电复合材料雷电流传感器电流传感器有限元仿真

基于阵列式磁传感器的电力设备接地网定位方法研究

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智慧电力 2022年第8期50卷 95-101页

作者：辛明勇徐长宝田兵刘仲刘子轩鲁彩江贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550002 南方电网数字电网研究院有限公司广东广州510000 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

针对在电力设备接地网腐蚀情况诊断时,测量装置移动不便且难以精确定位埋设位置和深度的问题,提出一种基于阵列式各向异性磁阻(AMR)传感器的接地导体定位方法。首先,利用电磁感应原理确定阵列传感器间距离最优值;然后,搭建实验装置验证... 详细信息

针对在电力设备接地网腐蚀情况诊断时,测量装置移动不便且难以精确定位埋设位置和深度的问题,提出一种基于阵列式各向异性磁阻(AMR)传感器的接地导体定位方法。首先,利用电磁感应原理确定阵列传感器间距离最优值;然后,搭建实验装置验证传感器间距离计算值的合理性;最后,建立单根接地导体和口字形接地网拐点2种等效模型,利用深度反演公式得到接地导体在0.4~1 m探测深度范围内的深度计算值与实际测量值偏差小于0.096 m的结论。实验结果表明所提定位方法准确性与可行性较高,可应用于实际工程。

关键词：电力设备接地网深度检测电磁感应

基于FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料的分芯闭环电流传感器研究

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仪表技术与传感器 2023年第6期 8-12,25页

作者：辛明勇王景琦徐长宝王宇张紫嫣鲁彩江贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵州贵阳550005 西南交通大学机械工程学院四川成都610031

文中提出了一种分芯闭环磁电电流传感器,其由高磁导率、低磁滞的FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料、3块硅钢磁芯和一对永磁体组成。为了实现磁电电流传感器的开合式安装,文中采用了分芯磁芯结构;载流导线产生的环形磁场经3块硅钢磁芯汇聚... 详细信息

文中提出了一种分芯闭环磁电电流传感器,其由高磁导率、低磁滞的FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料、3块硅钢磁芯和一对永磁体组成。为了实现磁电电流传感器的开合式安装,文中采用了分芯磁芯结构;载流导线产生的环形磁场经3块硅钢磁芯汇聚到FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料,然后基于复合材料的磁-力-电多场耦合效应,实现载流导线电流传感。通过仿真和实验对比分析,分芯磁芯结构的磁场汇聚效应对FeSiB/PZT-82/FeSiB传感性能具有显著的提高。含有磁芯结构的分芯闭环磁电电流传感器在无源情况下,对工频(50 Hz)电流的测量灵敏度达到17.379 mV/A,约为无磁芯FeSiB/PZT-82/FeSiB磁电复合材料的35倍;在0~10 A测量范围内,具有良好的线性关系。结果表明:由于该传感器的优异性能和分芯闭环结构,其在工频小电流监测领域具有广阔的应用空间。

关键词：磁电复合材料电流传感器分芯闭环电流传感器交流电流检测

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架空线路绝缘机器人优化设计

机械设计与制造 2023年第12期394卷 152-156页

作者：戴志坤鲁彩江黄巨挺高宏力西南交通大学机械工程学院四川成都610000

架空线路机器人自重影响机器人上线的难易程度及整体能耗。针对一种新型架空线路绝缘包覆机器人,采用拓扑优化与多目标优化组合实现机器人的轻量化设计。首先,介绍绝缘机器人的结构原理,提取影响机器人优化的相关因素。然后,建立关键部... 详细信息

架空线路机器人自重影响机器人上线的难易程度及整体能耗。针对一种新型架空线路绝缘包覆机器人,采用拓扑优化与多目标优化组合实现机器人的轻量化设计。首先,介绍绝缘机器人的结构原理,提取影响机器人优化的相关因素。然后,建立关键部件的子结构拓扑模型,以灵敏度过滤后的二维分布结果作为多目标优化模型输入。其次,提出一种改进多目标粒子群算法,通过世代距离与非劣解间距评价了改进算法的优异性。最后,采用MATLAB-ANSYS耦合的改进多目标算法对整体模型进行模态频率与质量优化,其Pareto最优解表明优化后机器人的固有频率提高了16.5Hz,重量减少了40.2%。

关键词：拓扑优化多目标优化绝缘机器人

基于模拟导线的输电线路覆冰质量在线测量技术研究

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自动化与仪器仪表 2023年第4期 179-184页

作者：毛先胤陈舸吕乾勇董龙飞鲁彩江贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳550002 南方电网防冰减灾重点实验室贵阳550002 西南交通大学机械工程学院机电测控系成都610036

架空导线覆冰质量监测对维护输电线路安全稳定运行具有重要意义。由于导线的舞动,基于力学模型的传统覆冰质量测量方法往往存在较大的误差。为了降低导线覆冰质量的测量误差,基于模拟导线,构建了覆冰质量测量系统,通过测量模拟导线的覆... 详细信息

架空导线覆冰质量监测对维护输电线路安全稳定运行具有重要意义。由于导线的舞动,基于力学模型的传统覆冰质量测量方法往往存在较大的误差。为了降低导线覆冰质量的测量误差,基于模拟导线,构建了覆冰质量测量系统,通过测量模拟导线的覆冰质量间接监测实际导线的覆冰状况。由于测量系统的姿态晃动,测量系统在架空线路上易做不规则圆周运动,导致覆冰质量测量有较大误差;因此,基于应变式称重传感器测量质量的原理,建立圆周运动下覆冰质量测量模型,并针对采集数据的特点引入截尾均值算法以减小误差。设计覆冰质量测量实验验证系统的精度,实验结果表明:模拟导线的质量误差由0.9 g降到0.1 g,证明了该系统的有效性。

关键词：架空导线覆冰质量称重传感器截尾均值

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自主越障巡线机器人控制系统设计

自动化与仪器仪表 2022年第5期 57-62页

作者：饶勇建鲁彩江杨宜儒吴刚付国强西南交通大学机械工程学院成都610031 浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室杭州310027 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

为了自主越障巡线机器人能够安全可靠地完成各项线上工作任务,将其控制系统整合划分为三个子系统:机载控制系统、远程上位机、实时视频传输系统,通过各子系统之间的通信、配合来提高系统整体的稳定性与可靠性。机载控制系统负责电机驱... 详细信息

为了自主越障巡线机器人能够安全可靠地完成各项线上工作任务,将其控制系统整合划分为三个子系统:机载控制系统、远程上位机、实时视频传输系统,通过各子系统之间的通信、配合来提高系统整体的稳定性与可靠性。机载控制系统负责电机驱动、电源管理、传感器数据采集、接收与处理远程上位机指令等任务;远程上位机负责发送控制指令、接收并处理机载系统传回的信息(传感器数据、电机状态、机器人状态等);实时视频传输系统负责将机载相机采集的原始或处理后的视频、图像传回后台,以便于远程巡检、控制、故障排查等的使用。在完成了各子系统的设计与软硬件实现后,针对各子系统的各项功能在架空输电线路上进行了多项验证实验,验证了设计的自主越障巡线机器人控制系统的可靠性与稳定性。

关键词：巡线机器人控制系统