一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法
【專利摘要】一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，利用線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路模擬變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的極化特性，建立線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路參數(shù)與頻域特征量復(fù)電容和介質(zhì)損耗因數(shù)的關(guān)系式；然后利用測量高頻段的復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，最后對預(yù)測段的低頻段介損曲線進行積分：在介損頻域譜中對頻率段范圍內(nèi)等分為n個頻率點(n≥1)，n個頻率點對應(yīng)n個介損積分值，將n個頻率與其對應(yīng)的介損積分值擬合成一條函數(shù)曲線。本發(fā)明為了能在有限的測量頻域內(nèi)獲取到了更多的介質(zhì)損耗因素所攜帶的絕緣信息，引入了在預(yù)測的低頻段內(nèi)采用介質(zhì)損耗因素的積分作為絕緣狀態(tài)評估的特征參量，利用計算得到的低頻段介損積分值可準(zhǔn)確定量評估油紙絕緣老化狀態(tài)。
【專利說明】
-種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及電氣設(shè)備絕緣老化與壽命預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于頻域介電 譜特征量定量評估油浸式電力變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電力變壓器作為電力傳輸和分配的核屯、和樞紐，是電力系統(tǒng)中最重要、最昂貴的 設(shè)備之一，其運行狀況的優(yōu)劣直接影響到電網(wǎng)的安全與穩(wěn)定。油浸式變壓器主要分為外絕 緣和內(nèi)絕緣，外絕緣是周邊的空氣絕緣，內(nèi)絕緣是變壓器內(nèi)部的絕緣，油紙絕緣是變壓器內(nèi) 絕緣的主要組成部分，油紙絕緣系統(tǒng)是一種復(fù)合式油-紙絕緣結(jié)構(gòu)，在長期運行過程中電、 熱等因素的影響其物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)都發(fā)生了不同程度的改變，使其本身的介電特性也隨之 變化，從而油紙絕緣系統(tǒng)逐漸老化，引起變壓器絕緣性能降低，降低了變壓器的電氣壽命和 機械壽命，所W準(zhǔn)確評估變壓器油紙絕緣老化的狀態(tài)，對于保證電網(wǎng)的正常運行，具有很重 要的意義。因此，利用現(xiàn)代測試技術(shù)和分析手段，深入研究能有效反映電力變壓器油紙絕緣 老化狀態(tài)的特征參量，進而對變壓器的絕緣狀態(tài)進行評估，減小事故發(fā)生率，已經(jīng)成為電力 行業(yè)和相關(guān)研究部口關(guān)注的熱點和迫切需要解決的技術(shù)難題。
[0003] 變壓器的壽命很大程度上取決于油紙絕緣的老化程度，通過測量油紙絕緣系統(tǒng)的 介電特性數(shù)據(jù)，可W直觀的了解絕緣系統(tǒng)的絕緣老化狀態(tài)，W介質(zhì)響應(yīng)理論為基礎(chǔ)的回復(fù) 電壓法、極化去極化電流法及頻域介電譜法作為一種新型的無損電氣診斷方法，利用絕緣 介質(zhì)的極化特性，能夠提供更多絕緣老化的信息，是一種新的無損電氣診斷方法，非常適合 于變壓器絕緣狀態(tài)的現(xiàn)場診斷頻域介電譜法。其中頻域介電譜法通過交流電場作用下的極 化響應(yīng)，其測試頻域范圍較廣、頻帶窄，具有較好的抗噪聲干擾能力，而且所需試驗電源電 壓低，使其攜帶信息豐富，更方便地用于變壓器的現(xiàn)場檢測。該方法使用交流低壓電源，通 過改變其測量頻率，獲取不同頻率下的復(fù)電容和介質(zhì)損耗因數(shù)，并獲取運些特征量隨頻率 變化的函數(shù)曲線。研究表明，復(fù)電容、介電常數(shù)、介電損耗等曲線的不同部分包含著絕緣油 和絕緣紙的不同信息，通過分析不同條件下曲線各段的變化情況，確定各段與油紙絕緣系 統(tǒng)狀態(tài)信息的關(guān)系，就可W對變壓器油紙絕緣狀態(tài)進行診斷。
[0004] 但現(xiàn)有的研究僅限于定性的分析影響因數(shù)對FDS特征參量的影響，無法定量評估 絕緣老化狀態(tài)，同時低頻段數(shù)據(jù)測量的時間很長并容易受到現(xiàn)場因素的影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:針對現(xiàn)有的研究只是停留在定性的指 明了影響因素對FDS特征參量的影響且低頻段測量時間過長、特征參量數(shù)據(jù)不足等問題，提 供一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，即利用頻域介電譜法高頻段測量 數(shù)據(jù)推測出低頻段測量數(shù)據(jù)，引入了介質(zhì)損耗因素的積分作為絕緣狀態(tài)評估的特征參量， 從而在有限的測量頻段內(nèi)獲得了更多介質(zhì)損耗因素所攜帶的絕緣信息，避免低頻段數(shù)據(jù)的 測量，減少頻域介電譜法測量時間。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0007] -種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，包括W下步驟：
[0008] 步驟1:首先利用測量高頻段的復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，利用線 性介質(zhì)響應(yīng)等值電路模擬變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的極化特性，建立油紙絕緣系統(tǒng)線性介質(zhì)響 應(yīng)等值電路參數(shù)與特征量復(fù)電容和介質(zhì)損耗因數(shù)的關(guān)系式。
[0009]
(1 ) (2) (3)
[0012] Rg為油紙絕緣系統(tǒng)的絕緣電阻；Cg為真空幾何電容和無損極化的等效電容之和； Ri、Ci表示油紙絕緣不同弛豫時間下的有損松弛極化;Co為油紙絕緣系統(tǒng)在干燥空氣中的電 容。
[0013] 步驟2:利用測量高頻段的復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，根據(jù)改進的 粒子群優(yōu)化算法辨識含6種極化響應(yīng)的等值電路參數(shù)值，基于辨識出線性介質(zhì)響應(yīng)模型等 值電路參數(shù)值計算出油紙絕緣系統(tǒng)低頻段的復(fù)電容和介損值。
[0014] 步驟3:對預(yù)測段的低頻段介損曲線進行積分：在介損硫城譜中對硫率段「fmin， fmax]等分為n個頻率點fn(n> 1)，n個頻率點對應(yīng)n個介損積分值 ，將n 個頻率與其對應(yīng)的介損積分值擬合成一條函數(shù)曲線。
[0015] 步驟4:試驗研究表明，通過本方法估計的頻域介電譜與測量值相吻合，在頻率f< 1〇-1化時，現(xiàn)慢值與計算值的相對誤差控制在±1.5%，在頻率f<l〇-2Hz時，現(xiàn)慢值與計算值 的相對誤差控制在±0.2%。
[0016] -種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，油紙絕緣老化狀態(tài)是根據(jù) 被測試品的特征量來進行定量的判斷；
[0017] 所述的一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，將關(guān)系式中等效電 路參數(shù)的求解轉(zhuǎn)化為求解目標(biāo)函數(shù)最小值的優(yōu)化問題，目標(biāo)函數(shù)為
[001引
式中C"i( ? )和tanS( O )為測量 的數(shù)據(jù)，tg( CO )和C'（ CO )為模型參數(shù)的估計值，n為參數(shù)求解的個數(shù)。
[0019] 所述的一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，利用測量高頻段的 復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，利用改進的粒子群優(yōu)化算法辨識含6種極化響 應(yīng)的等值電路參數(shù)值。
[0020] 所述的一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，利用辨識出的 Debye模型等值電路參數(shù)值計算出油紙絕緣系統(tǒng)低頻段的復(fù)電容和介損值，對預(yù)測出的低 頻段介質(zhì)損耗積分曲線進行油紙絕緣老化狀態(tài)的定量評估。
[0021] 本發(fā)明一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，優(yōu)點在于：
[0022] 通過本方法估計的頻域介電譜與測量值相吻合，在頻率化時，測量值與計算 值的相對誤差控制在±1.5%，在頻率時，測量值與計算值的相對誤差控制在± 0.2%，證實了本文提出的方法的有效性和參數(shù)辨識的準(zhǔn)確性;本發(fā)明在有限的測量頻域內(nèi) 獲取到了更多的介質(zhì)損耗因素所攜帶的絕緣信息，避免頻域介電譜法對試品進行低頻段的 測量，有效減少了頻域介電譜法測量時間，利用計算得到的低頻段介損積分值可準(zhǔn)確定量 評估油紙絕緣老化狀態(tài)，該發(fā)明成果可實現(xiàn)基于頻域介電譜方法快速評估大型電力變壓器 油紙絕緣狀態(tài)。
【附圖說明】
[0023] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進 一步的詳細描述，其中：
[0024] 圖1為本發(fā)明一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的新方法流程圖；
[0025] 圖2為本發(fā)明的采用線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路模擬變壓器油紙絕緣系極化特性的示 意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明的所測變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)積分的計算值與測量值的對比圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明的所測變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)積分的計算值與測量值的誤差曲線圖。
【具體實施方式】
[0028] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述。
[0029] 圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的新方 法流程圖，如圖所示:本發(fā)明提供的一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的新方 法，包括W下步驟：
[0030] 步驟1利用線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路模擬變壓器油紙絕緣系統(tǒng)極化特性，建立油紙 絕緣系統(tǒng)線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路參數(shù)與特征量復(fù)電容和介質(zhì)損耗因數(shù)的關(guān)系式。：
[00311 (1)
[0 (2)
[0 (3；
[0034] Rg為油紙絕緣系統(tǒng)的絕緣電阻；Cg為真空幾何電容和無損極化的等效電容之和； Ri、Ci表示油紙絕緣不同弛豫時間下的有損松弛極化;Co為油紙絕緣系統(tǒng)在干燥空氣中的電 容。
[0035] 步驟2:利用測量高頻段的復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，利用改進的 粒子群優(yōu)化算法辨識含6種極化響應(yīng)的等值電路參數(shù)值，將參數(shù)值計算出油紙絕緣系統(tǒng)低 頻段的復(fù)電容和介損值。
[0036] 步驟3:對預(yù)測段的介損頻率譜進行積分，擬合出具有函數(shù)關(guān)系的介損積分頻域 譜。
[0037] 步驟4:對預(yù)測出的低頻段介質(zhì)損耗積分曲線進行油紙絕緣老化狀態(tài)的定量評估.
[0038] 圖2為本發(fā)明實施例提供的油紙絕緣線性介質(zhì)響應(yīng)模型示意圖，本實施例中油紙 絕緣系統(tǒng)的介質(zhì)響應(yīng)等值電路可用n個不同RC串聯(lián)支路并聯(lián)組成的等值電路來描述其極化 特性，如圖2，Rg為油紙絕緣系統(tǒng)的絕緣電阻;Cg為真空幾何電容和無損極化的等效電容之 和;Ri、Ci表示油紙絕緣不同弛豫時間下的有損松弛極化。本發(fā)明實施例辨識出的線性介質(zhì) 響應(yīng)模型是含6種極化響應(yīng)的等值電路。
[0039] 圖3為本發(fā)明實施例提供的對某變電站主變壓器采用頻域介電譜法進行測量，利 用本發(fā)明方法得到介質(zhì)損耗因數(shù)積分曲線計算值與測量值的對比圖，從圖中可W看出二者 良好的吻合，說明辨識得到的等效電路參數(shù)的準(zhǔn)確性，可W用低頻段計算得到的介質(zhì)損耗 因數(shù)值評估油紙絕緣老化狀態(tài)。
[0040] 圖4為本發(fā)明實施例提供的變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)積分的頻域譜計算值與測量值的 誤差曲線圖，試驗研究表明，通過本方法估計的頻域介電譜與測量值相吻合，在頻率f<l(T 1化時，測量值與計算值的相對誤差控制在±1.5%，在頻率f<l〇-2^時，測量值與計算值的 相對誤差控制在±0.2%。可知誤差曲線圖也在要求范圍之內(nèi)，可W得出本文計算模型的可 行性等效電路參數(shù)的獲得將有助于分析隨著絕緣狀態(tài)的變化引起介電響應(yīng)特征量的變化， 為評估變壓器提供了研究的理論基礎(chǔ)，它能有效地分析特征量與絕緣參數(shù)之間的關(guān)系，具 有重要的意義。
[0041] W上所述僅為本發(fā)明優(yōu)選實施例而已，當(dāng)然不能W此來限定本發(fā)明，因此等同變 化，仍屬本發(fā)明所包含范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征在于包括以下步驟： 步驟1:首先利用線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路模擬變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的極化特性，建立線 性介質(zhì)響應(yīng)等值電路參數(shù)與頻域特征量復(fù)電容和介質(zhì)損耗因數(shù)的關(guān)系式； 步驟2:然后利用測量高頻段的復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，根據(jù)改進的 粒子群優(yōu)化算法辨識模擬含6種極化響應(yīng)的等值電路參數(shù)值，基于辨識出參數(shù)值估算出油 紙絕緣系統(tǒng)低頻段的復(fù)電容和介損值； 步驟3:最后對預(yù)測段的低頻段介損曲線進行積分：在介損頻域譜中對頻率段[fmin， fmax]等分為η個頻率點fn(n多I)，n個頻率點對應(yīng)η個介損積分值將η個頻率與其對應(yīng)的介損積分值擬合成一條函數(shù)曲線； 步驟4:通過本方法估計的頻域介電譜與測量值相吻合，在頻率KHT1Hz時，測量值與計 算值的相對誤差控制在± 1.5%，在頻率f〈10-2Hz時，測量值與計算值的相對誤差控制在土 0.2%〇2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征 在于:油紙絕緣老化狀態(tài)是根據(jù)被測試品的特征量來進行定量的判斷。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征 在于:所述油紙絕緣系統(tǒng)Debye模型等值電路參數(shù)與特征量復(fù)電容和介質(zhì)損耗因數(shù)的關(guān)系 式為：(1) C2): (3) Rg為油紙絕緣系統(tǒng)的絕緣電阻;Cg為真空幾何電容和無損極化的等效電容之和;Ri、C i表 示油紙絕緣不同弛豫時間下的有損松弛極化;Co為油紙絕緣系統(tǒng)在干燥空氣中的電容。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征 在于:將關(guān)系式中等效電路參數(shù)的求解轉(zhuǎn)化為求解目標(biāo)函數(shù)最小值的優(yōu)化問題，目標(biāo)函數(shù) 為為測量的數(shù)據(jù)， tg( ω )和C'（ ω )為模型參數(shù)的估計值，n為參數(shù)求解的個數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征 在于:利用測量高頻段的復(fù)電容和介損特征量參數(shù)化等值電路模型，利用改進的粒子群優(yōu) 化算法辨識含6種極化響應(yīng)的等值電路參數(shù)值。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征 在于：引入介損積分曲線概念，即在介損頻域譜中對頻率段[f_，f max]等分為η個頻率點匕 (η多I)，n個頻率點對應(yīng)η個介損積分值介損積分值隨頻率變化 的曲線即為介損積分曲線。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于頻域介電譜特征量評估油紙絕緣狀態(tài)的方法，其特征 在于:利用辨識出的線性介質(zhì)響應(yīng)等值電路參數(shù)值計算出油紙絕緣系統(tǒng)低頻段的復(fù)電容和 介損值，對預(yù)測出的低頻段介質(zhì)損耗積分曲線進行油紙絕緣老化狀態(tài)的定量評估。
【文檔編號】G06F17/50GK106021756SQ201610362174
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月27日
【發(fā)明人】張濤, 劉雅琴, 張曉林
【申請人】三峽大學(xué)