真空開關(guān)電弧形態(tài)研究及其等離子體參數(shù)診斷.pdf

1、真空開關(guān)是電力系統(tǒng)中的控制和保護設(shè)備之一，相對其它介質(zhì)開關(guān)，真空開關(guān)具有很多優(yōu)點，目前在我國中壓電力系統(tǒng)領(lǐng)域的應(yīng)用已達到80％以上。多斷口真空開關(guān)和相控開關(guān)是真空開關(guān)兩個重要的發(fā)展方向，而制約兩種開關(guān)發(fā)展的一個共同技術(shù)難題就是小開距真空電弧相關(guān)理論及其調(diào)控規(guī)律的研究，從而引出了本文的研究對象。電弧形態(tài)是真空電弧的外在重要特征，電弧等離子體是電弧的內(nèi)在重要特征，將電弧的外在特征變化規(guī)律和其內(nèi)在特征變化規(guī)律有效的結(jié)合一起并加以控制是真空開關(guān)

2、電弧領(lǐng)域的重要研究課題?；诖?，本文提出了基于高速攝像機CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor)電弧形態(tài)外在特性研究及基于數(shù)字圖像處理技術(shù)CCD(Charge CoupledDevices)電弧等離子體參數(shù)診斷，為下一步電弧調(diào)控理論的研究奠定了實驗基礎(chǔ)。
　　 為了從電弧圖像中提取真空電弧信息特征，對電弧圖像實施數(shù)字圖像處理技術(shù)是必不可少的環(huán)節(jié)。首先對圖像數(shù)字處理識別中的圖像格式和

3、精度等相關(guān)技術(shù)進行了敘述，運用中值濾波方法對CCD圖像進行噪聲濾波；然后直方圖均衡化對電弧圖像進行增強處理，運用Canny算子對電弧的輪廓進行提取，對電弧的幾何特征面積和周長進行分析；為了增加電弧圖像的視覺效果，對電弧圖像的灰度等值線進行了繪制；且對電弧圖像進行了偽彩色顯示，這些工作可為真空開關(guān)電弧圖像的數(shù)據(jù)信息的挖掘提供有力的工具。
　　 為了實現(xiàn)對真空開關(guān)電弧形態(tài)的研究，本文根據(jù)真空開關(guān)滅弧室模型，建立真空開關(guān)電弧的實驗裝置

4、，包括可拆真空滅弧室，頻率約為50Hz的電源回路，電弧伏安特性的檢測裝置等；建立了一套基于CMOS高速圖像采集系統(tǒng)，對真空電弧進行高分辨率的高速圖像采集。結(jié)合采集的圖像，對真空電弧燃燒過程進行研究，提出真空電弧圖像軸向截面積擴散速度概念，分析電弧燃燒過程中電弧軸向截面積變化過程及影響其變化的三大因素：真空間隙、電壓等級和磁場。
　　 為了從圖像信息中得到電弧等離子體的參數(shù)，本研究選用了高精度的CCD相機，建立了基于數(shù)字圖像處理技

5、術(shù)CCD電弧等離子體參數(shù)的診斷系統(tǒng)。基于輻射理論建立了真空開關(guān)電弧等離子體參數(shù)診斷數(shù)學模型，結(jié)合Abel逆變換計算，通過該實驗裝置及診斷模型，對真空開關(guān)電弧等離子體參數(shù)--電子溫度和電子密度進行診斷。
　　 最后本文為了驗證光學方法診斷的實驗結(jié)果，利用Langmuir探針診斷系統(tǒng)對真空開關(guān)電弧等離子體參數(shù)診斷，對兩種方法得到的實驗結(jié)果進行對比分析研究。
　　 本文探討真空開關(guān)電弧外部形態(tài)特征和內(nèi)部等離子體參數(shù)的診斷，旨在