一种基于扩展德拜等值电路的油纸绝缘主时间常数计算方法技术

一种基于扩展德拜等值电路的油纸绝缘主时间常数计算方法，依序包括以下步骤：步骤1：准备工作：将变压器断电停止运行，将高压、低压绕组各相及中性点短接并接地，释放残余电荷；步骤2：获取数据：设置极化电压和充放电时间比并接线，利用RVM5461对变压器进行回复电压测试实验；步骤3：选定混合蛙跳算法，建立评估函数进行求解等值电路参数；步骤4：采用分段3次Hermit插值计算峰值测量时间，根据回复电压计算公式得到连续回复电压极化谱；步骤5：寻找回复电压极化谱峰值确定主时间常数。本发明专利技术专利克服了实际测量中非标准极化谱主时间常数不够精确并且耗时较长的问题，提高利用主时间常数诊断绝缘系统水分含量的准确性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一种变压器油纸绝缘状态评估和寿命预测
，尤其是基于拓展德拜等值电路的连续回复电压极化谱和主时间常数的计算方法。
技术介绍
电力变压器在电力系统中承担着电能的转换和运输重担，一旦发生绝缘故障，不仅影响了供电的可靠性，而且会导致变压器寿命终止，造成巨大的经济损失。由于长期在电、热场的综合作用下工作将导致变压器绝缘老化，水分不仅是老化产物，而且会导致绝缘油击穿电压降低、介质损耗因数值增大和绝缘油老化加速，一般来说，变压器油可通过滤油、换油等措施恢复其绝缘性能，而绝缘纸的老化是不可逆转的，因此，绝缘纸的老化程度直接决定了变压器的寿命。变压器油样中的水分质量分数可以通过定期测量获得，但变压器纸样难以获取，且变压器中的水分99％存在于绝缘纸中，因此准确诊断变压器绝缘纸中的水分质量分数对确保变压器的安全可靠运行，延缓绝缘老化都具有重要意义。传统测量方法通过卡尔费休滴定法测定绝缘油中的微水含量，并根据油纸水分平衡曲线推测绝缘纸板中的水分含量，这要求绝缘油和纸中的水分分布均匀，并且很大程度上依赖于温度，测试的准确度受到很大影响；现有的Oommen水分平衡曲线在纸板老化的条件下不再适用，需将纸板的含水量按照一定比例修正后适用。由于电介质响应方法是一种无损的电气诊断方法，且其获取的变压器绝缘信息较多，更能反映真实的绝缘状态。已有文献研究了恒定温度下FDS法测试与油纸绝缘中的水分具有较好的对应性，不过变压器油纸绝缘中微水分布根据负荷及温度变化而变化，通常处于不平衡状态，通过回复电压测试仪拟合极化谱，研究表明利用极化谱的主时间常数评估变压器水分含量是有效的，然而该方法确定的主时间常数是以充电时间和温度作为变量确定的，由于充电时间取值间隔较大，不够准确，导致该方法分析的水分含量与实际值相比偏高，而且极化谱受水分、老化和温度等诸多因素的影响，往往得到的极化谱并非具有单一峰值，此时该方法难以给出准确的水分含量值，如极化谱为平顶波形时，确定的主时间常数不够准确，为此，本文将针对平顶波形的极化谱，应用基于扩展德拜电路模型辨识绝缘介质等值电路参数，然后基于回复电压的计算公式，获得计算的连续极化谱，得到更准确的主时间常数，提高利用主时间常数评估变压器绝缘纸水分含量的准确度。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术专利的目的在于提供一种基于扩展德拜等值电路的油纸绝缘主时间常数计算方法，旨在解决受水分、老化和温度等诸多因素的影响，导致测量极化谱并非具有单一峰值，主时间常数无法确定的问题。本专利技术专利的目的是这样实现的：一种基于扩展德拜等值电路的油纸绝缘主时间常数计算方法，本方法包括如下步骤：步骤1：变压器准备，将变压器断电停止运行且与线路可靠断开；变压器油纸绝缘温度降至环境温度；将变压器所有高压侧、中压测和低压侧的套管用铜导线短接并接地，接地时间20分钟以上，拆除接地铜线，将高压侧的三相套管、中压侧的三相套管和低压侧的三相套管分别短接；步骤2：试验接线按照仪器说明书进行，启动回复电压测量装置RVM5461，设置极化电压为2000V，充放电时间为tc/td＝2，系统将自动循环完成充电、放电、采集过程，直至最后一个充电时间的数据采集工作完成即终止测量；步骤3：基于拓展德拜模型的介质响应等效电路，根据基尔霍夫定律建立非线性方程，采用混合蛙跳算法求解等值电路参数，这种算法模拟青蛙群体寻找食物时进行思想传递的过程，将全局信息交换和局部深度搜索相结合，局部搜索使得思想在个体间传递，混合策略使得局部间的思想得到交换。全局信息交换和局部深度搜索使得算法能够跳出局部最优点，向着全局最优(食物地点)的方向进行。步骤4：设扩展德拜等值电路有n条RC支路条数，利用回复电压初始斜率可建立2n+1组非线性方程求解等值电路中的的几何电容值Cg、极化电容Cpi和极化电阻Rpi：dUr1(t)dt|t=tc1+td1-1Cg[Σi=1nU0Rpi(e-td1τi-e-(tc1+td1)τi)]=0dUr2(t)dt|t=tc2+td2-1Cg[Σi=1nU0Rpi(e-td2τi-e-(tc2+td2)τi)]=0...dUrm(t)dt|t=tcm+tdm-1Cg[Σi=1nU0Rpi(e-tdmτi-e-(tcm+tdm)τi)]=0...]]>式中，τi＝Rpi×Cpi。步骤5：设置族群体m、全局迭代次数I、局部迭代次数J，置局部迭代和全局迭代次数初值，在控制变量的可行域中随机产生F只青蛙形成初始群体SFrogs：SFrogs=R1,p1R1,p2...R1,pnC1,p1C1,p2...C1,pnC1,gR2,p1R2,p2...R2,pnC2,p1C2,p2...C2,pnC2,g.....................RF,p1RF,p2...RF,pnCF,p1CF,p2...CF,pnCF,g]]>步骤6：建立评估函数作为罚函数F(x)，按评估函数值从小到大对F只群体青蛙升序排列：F(X)=min{12n+1Σj=12n+1{dUrjdt|t=0-1Cg[Σi=1nU0Rpi(e-tdj/τi-e-(tcj+tdj)/τi)]本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于扩展德拜等值电路的油纸绝缘主时间常数计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：变压器准备，将变压器断电停止运行且与线路可靠断开；变压器油纸绝缘温度降至环境温度；将变压器所有高压侧、中压测和低压侧的套管用铜导线短接并接地，接地时间20分钟以上，拆除接地铜线，将高压侧的三相套管、中压侧的三相套管和低压侧的三相套管分别短接；步骤2：试验接线按照仪器说明书进行，启动回复电压测量装置RVM5461，设置极化电压为2000V，充放电时间为tc/td＝2，对现场两台变压器油纸绝缘系统低压侧进行特征量测量，所测的变压器等级分别为110kV和220kV，系统将自动循环完成充电、放电、采集过程，直至最后一个充电时间的数据采集工作完成即终止测量，采集到的特征量包括回复电压峰值Urmax、峰值测量时间tp和回复电压初始斜率dUr/dt；步骤3：采用扩展Debye模型对变压器油纸绝缘系统进行等效，根据基尔霍夫定律利用初始斜率特征量建立非线性方程，求解介质响应等值电路参数模型；步骤4：采用混合蛙跳算法进行等值电路参数求解。设置辨识的极化支路数n、族群体m、全局迭代次数I、局部迭代次数J，在控制变量的可行域中随机产生F只青蛙形成初始群体SFrog，建立评估函数F(X)，按评估函数值从小到大对F只群体青蛙升序排列，并对F只青蛙群体分成m个族群；步骤5：分别对每个族群进行局部深度搜索，并对当前族群内n只青蛙群体重新升序排列，如果当前族群内Fb优于全局Fg，成为新的全局最好青蛙。重复执行以上过程，直到设定的局部迭代次数J，完成局部深度搜索；步骤6：重新按评估函数值从小到大对F只青蛙群体升序排列。全局迭代次数加1，若小于设定的全局迭代次数I，对所有青蛙划分族群，进行局部深度搜索和混合策略，直至设定的全局迭代次数I，最后输出结果即罚函数值最小对应的青蛙，求解出极化电阻Rpi，极化电容Cpi，极化电容Cg；步骤7：当回复电压达到最大值Urmax时，dUr/dt＝0，由测量电压峰值和已经辨识的等值电路参数带入到下式即可到绝缘电阻Rg：UrmaxRg+Σi=1nUrmaxRpi-Σi=1nU0Rpi(e-(td+tp)/τi-e-(tc+td+tp)/τi)=0,i=1,...,n]]>其中τi＝Rpi×Cpi；步骤8：基于已知参数的扩展Debye模型电路，计算连续回复电压峰值电压时间，可采用分段3次Hermit插值计算峰值测量时间tp，根据回复电压计算公式从而得到连续回复电压极化谱：Urmax=Σi=1nU0Rpi(e-(td+tp)/τi-e-(tc+td+tp)/τi)/(1Rg+Σi=1n1Rpi)]]>式中Urmax为回复电压最大值，U0为极化电压；步骤9：观察计算极化谱和测量极化谱发现数据具有一致性，根据计算极化谱寻找回复电压极化谱峰值确定主时间常数，计算极化谱能够准确判断变压器油纸绝缘系统的绝缘状态。...

【技术特征摘要】
1.一种基于扩展德拜等值电路的油纸绝缘主时间常数计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：变压器准备，将变压器断电停止运行且与线路可靠断开；变压器油纸绝缘温度降至环境温度；将变压器所有高压侧、中压测和低压侧的套管用铜导线短接并接地，接地时间20分钟以上，拆除接地铜线，将高压侧的三相套管、中压侧的三相套管和低压侧的三相套管分别短接；步骤2：试验接线按照仪器说明书进行，启动回复电压测量装置RVM5461，设置极化电压为2000V，充放电时间为tc/td＝2，对现场两台变压器油纸绝缘系统低压侧进行特征量测量，所测的变压器等级分别为110kV和220kV，系统将自动循环完成充电、放电、采集过程，直至最后一个充电时间的数据采集工作完成即终止测量，采集到的特征量包括回复电压峰值Urmax、峰值测量时间tp和回复电压初始斜率dUr/dt；步骤3：采用扩展Debye模型对变压器油纸绝缘系统进行等效，根据基尔霍夫定律利用初始斜率特征量建立非线性方程，求解介质响应等值电路参数模型；步骤4：采用混合蛙跳算法进行等值电路参数求解。设置辨识的极化支路数n、族群体m、全局迭代次数I、局部迭代次数J，在控制变量的可行域中随机产生F只青蛙形成初始群体SFrog，建立评估函数F(X)，按评估函数值从小到大对F只群体青蛙升序排列，并对F只青蛙群体分成m个族群；步骤5：分别对每个族群进行局部深度搜索，并对当前族群内n只青蛙群体重新升序排列，如果当前族群内Fb优于全局Fg，成为新的全局最好青蛙。重复执行以上过程，直到设定的局部迭代次数J，完成局部深度搜索；步骤6：重新按评估函数值从小到大对F只青蛙群体升序排列。全局迭代次数加1，若小于设定的全局迭代次数I，对所有青蛙划分族群，进行局部深度搜索和混合策略，直至设定的全局迭代次数I，最后输出结果即罚函数值最小对应的青蛙，求解出极化电阻Rpi，极化电容Cpi，极化电容Cg；步骤7：当回复电压达到最大值Urmax时，dUr/d...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，左倩，李小琴，周远化，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：北;42