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基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法制造技术

技术编号:15500445 阅读:232 留言:0更新日期:2017-06-03 22:17
本发明专利技术公开了一种基于牛顿‑拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法,包括步骤:步骤1,分别在N种加压方式下测量变压器整体的N组稳定绝缘电阻实际值R

Newton Raphson method of oil immersed transformer oil paper based on resistivity inversion method

The invention discloses a method comprises the steps of Newton Raphson method of oil immersed transformer oil paper resistivity inversion method based on step 1, the actual value of insulation resistance measurement R N transformer in N group of stable overall compression respectively.

【技术实现步骤摘要】
基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法
本专利技术涉及一种油浸式电力变压器油纸绝缘状态评估技术,尤其涉及一种基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法。
技术介绍
变压器内部绝缘材料主要有两种类型:液体绝缘材料(变压器油)和固体绝缘材料(油浸纸)。随着长期高温、高压环境的作用,绝缘材料会逐渐发生老化,各项材料参数,如电阻率等也会随之发生改变。因而可以用电阻率等参数来反映其老化状态。变压器油由于其流体特性,材料参数分布比较均匀,可以通过直接取样对其绝缘特性进行测量。固体绝缘材料作为变压器内绝缘的薄弱环节,一般情况下其劣化都发生在局部区域,直接取样测量不仅过程繁琐,对绝缘结构有损伤,取样代价高,而且存在一定的分散性,难以获得不同区域的老化特性。数值仿真技术可以实现以绝缘材料的电阻率等电气参数为输入量,基于对应的数值模型,对变压器的稳定绝缘电阻等可测量的电气量进行仿真计算。尤其是有限元方法,由于其对复杂模型的适应性好,可较好的实现变压器内部绝缘结构的仿真分析。由于变压器油电阻率与变压器稳定绝缘电阻值都是方便测量的电气量,而各区域油浸纸的电阻率与整体的稳定绝缘电阻之间是单调连续的关系,因此可以通过有限元数值模型建立起油浸纸电阻与变压器稳定绝缘电阻的关系,通过迭代反演来获取油浸纸的电阻率。根据变压器的结构特点,最少可以获得三类以上的稳定绝缘电阻,它们测量过程中的加压方式包括:高压绕组加压,低压绕组及箱体接地;低压绕组加压,高压绕组及箱体接地;高低压绕组同时加压,箱体接地等。而各区域油浸纸的电阻率对不同加压条件下的稳定绝缘电阻贡献不尽相同,因此可以根据多组稳定绝缘电阻实现对不同区域油浸纸电阻率的反演。牛顿-拉夫逊法通过把非线性问题线性化通过多次迭代来获取非线性方程组的解,具有迭代效率高的特点,且适用于多元非线性方程的迭代求解。因而对于不同区域油浸纸电阻率的迭代反演,牛顿-拉夫逊法是一种较为合适的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法,采用本专利技术可反演获得不同反演区域油浸纸的电阻率。为达到上述目的,本专利技术采用的技术方案如下:基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法,包括步骤:步骤1,划分反演区域:根据油浸纸各部位对电场的影响程度,人为将油浸纸划分为若干反演区域,将反演区域数量记为N;在N种加电压方式下测量变压器整体的N组稳定绝缘电阻实际值Rjr,Rjr表示第j种加电压方式下测量的稳定绝缘电阻实际值,j=1,2,...N;步骤2,建立各加电压方式对应的稳定绝缘电阻计算模型:采用有限元法建立变压器内部绝缘结构的有限元模型,以各反演区域的油浸纸电阻率为自变量,以变压器整体的稳定绝缘电阻为因变量,在各加电压方式下分别进行有限元计算,构建各反演区域的油浸纸电阻率与稳定绝缘电阻间的数值关系模型,即稳定绝缘电阻计算模型,其中,变压器油电阻率作为固定参数;步骤3,采用牛顿-拉夫逊法反演各反演区域的油浸纸电阻率:根据变压器油电阻率和N组稳定绝缘电阻的实际值,基于稳定绝缘电阻计算模型,采用牛顿-拉夫逊法对各反演区域油浸纸的电阻率进行反演,具体包括以下子步骤:3.1设置各反演区域初步的油浸纸电阻率:将反演区域1、反演区域2、……反演区域N的油浸纸电阻率分别记为ρ1、ρ2、…ρN,对应的初步的油浸纸电阻率分别记为ρ10、ρ20、…ρN0;3.2计算初步的油浸纸电阻率对应的稳定绝缘电阻理论值:根据变压器油电阻率实际值,结合稳定绝缘电阻计算模型,在各加电压方式下,分别计算当前油浸纸电阻率对应的稳定绝缘电阻理论值R1c、R2c、…RNc;当前油浸纸电阻率的初始值为子步骤3.1设置的初步的油浸纸电阻率;3.3分别计算稳定绝缘电阻理论值Rjc与对应的稳定绝缘电阻实际值Rjr的相对误差εj,若所有相对误差εj均小于预设的终止误差阈值εstop,则当前油浸纸电阻率为最终的油浸纸电阻率,结束;否则,执行子步骤3.4;3.4对各Rjc,分别计算Rjc在各反演区域的当前油浸纸电阻率的邻域对各反演区域的油浸纸电阻率的偏导数,以所得偏导数为元素构建大小为N×N的雅克比矩阵;以R1c(ρ10、ρ20、…ρN0)在(ρ10,ρ20,...ρN0)附近对ρ1的偏导数为例对本子步骤进行说明:保持ρ1外的其他反演区域的油浸纸电阻率不变,使ρ1有微增量δρ1,设置反演区域1的油浸纸电阻率为ρ10+δρ1,重新计算R1c(ρ10+δρ1、ρ20、…ρN0)。R1c(ρ10+δρ1、ρ20、...ρN0)表示各反演区域的油浸纸电阻率分别为ρ10+δρ1、ρ20、…ρN0时,采用子步骤3.2所获的第1中加电压方式下的稳定绝缘电阻理论值。R1c(ρ10、ρ20、…ρN0)表示各反演区域的油浸纸电阻率分别ρ10、ρ20、…ρN0时,采用子步骤3.2所获的第1种加电压方式下的稳定绝缘电阻理论值。通过公式(1)近似计算R1c(ρ10、ρ20、…ρN0)在(ρ10,ρ20,...ρN0)附近对ρ1的偏导数构建如下的雅克比矩阵J:3.5根据各反演区域油浸纸电阻率的修正量Δρ1、Δρ2、…ΔρN与雅可比矩阵J间的关系,计算修正量;Δρ1、Δρ2、…ΔρN分别表示反演区域1、反演区域2、……反演区域N的油浸纸电阻率修正量。修正量Δρ1、Δρ2、…ΔρN与雅各比矩阵J间存在如下关系:式(3)中,ΔRj=Rjr-Rjc,j=1,2,...N;根据式(3),求解修正量:3.6采用各反演区域的油浸纸电阻率修正量分别修正各反演区域的当前油浸纸电阻率,以修正后的油浸纸电阻率作为当前油浸纸电阻率,执行子步骤3.2。步骤1中,加压方式为①高压绕组加压,低压绕组及箱体接地;②低压绕组加压,高压绕组及箱体接地;以及③高低压绕组同时加压、箱体接地中的一种或多种。步骤2中,在各加电压方式下分别构建稳定绝缘电阻计算模型,具体为:对各反演区域分别设置一系列油浸纸电阻率,经组合获得一系列油浸纸电阻率组,所述的油浸纸电阻率组由N个反演区域的油浸纸电阻率值组成;在各油浸纸电阻率组下,在当前加电压方式下采用有限元计算得到节点的电位数值,根据节点的电位数值和注入电流计算稳定绝缘电阻值;根据各油浸纸电阻率组及各油浸纸电阻率组下计算的稳定绝缘电阻值,构建当前加电压方式对应的油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻的数值关系模型,即稳定绝缘电阻计算模型。和现有技术相比,本专利技术具有如下特点:油浸式电力变压器运行过程中,油浸纸在长期的高温高压环境中,会逐渐老化,其电阻率也随着老化过程逐渐改变。由于油浸纸的固体特性,其老化状态呈现出空间分布性,因此油浸纸不同区域的电阻率也不尽相同。当以油浸纸电阻率为特征参量评估其老化状态时,直接取样测量不仅过程繁琐,对绝缘结构有损伤,取样代价高,而且存在一定的分散性,难以获得不同区域的老化特性。针对油浸纸老化的空间分布性,本专利技术根据变压器的稳定绝缘电阻和变压器油电阻率,可反演出不同反演区域的油浸纸电阻率。本专利技术一方面可避免取样测量的诸多不便以及对变压器绝缘结构的损伤,另一方面可根据不同区域油浸纸的电阻率判断油浸纸的老化区域及老化程度。附图说明图1是本专利技术方法的具体流程示意图;图2是实施例中所建立的有限元模型。具体实施方式下面结合附图和本文档来自技高网
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基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法

【技术保护点】
基于牛顿‑拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法,其特征是,包括步骤:步骤1,根据油浸纸各部位对电场的影响程度,人为将油浸纸划分为若干反演区域,将反演区域数量记为N;在N种加电压方式下测量变压器整体的N组稳定绝缘电阻实际值R

【技术特征摘要】
1.基于牛顿-拉夫逊法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演法,其特征是,包括步骤:步骤1,根据油浸纸各部位对电场的影响程度,人为将油浸纸划分为若干反演区域,将反演区域数量记为N;在N种加电压方式下测量变压器整体的N组稳定绝缘电阻实际值Rjr,Rjr表示第j种加电压方式下测量的稳定绝缘电阻实际值,j=1,2,...N;步骤2,采用有限元法建立变压器内部绝缘结构的有限元模型,以各反演区域的油浸纸电阻率为自变量,以变压器整体的稳定绝缘电阻为因变量,在各加电压方式下分别进行有限元计算,构建各反演区域的油浸纸电阻率与稳定绝缘电阻间的数值关系模型,即稳定绝缘电阻计算模型,其中,变压器油电阻率作为固定参数;步骤3,采用牛顿-拉夫逊法反演各反演区域的油浸纸电阻率,本步骤进一步包括:3.1设置各反演区域初步的油浸纸电阻率ρi0,ρi0为第i个反演区域初步的油浸纸电阻率,i=1,2,...N;3.2根据变压器油电阻率的实际值,结合稳定绝缘电阻计算模型,在各加电压方式下分别计算当前油浸纸电阻率对应的稳定绝缘电阻理论值Rjc,Rjc表示第j种加电压方式下的稳定绝缘电阻理论值,j=1,2,...N;3.3分别计算稳定绝缘电阻理论值Rjc与对应的稳定绝缘电阻实际值Rjr的相对误差,若所有相对误差均小于预设的终止误差阈值,当前油浸纸电阻率即最终的油浸纸电阻率,结束;否则,执行子步骤3.4;3.4根据稳定绝缘电阻理论值Rjc建立雅可比矩阵J;3.5根据各反演区域油浸纸电阻率的修正量Δρi与雅可比矩阵J的关系,求解修正量Δρi,Δρi表示第i个反演区域的油浸纸电阻率修正量;3.6采用修正量Δρi分别修正各反演区域的当前油浸纸电阻率,以修正后的油浸纸电阻率作为当前油浸纸电阻率,执行子步骤3.2。2.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员:阮江军谢一鸣金硕田雨熊敏李冠南
申请(专利权)人:武汉大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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