一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法及系统，所述方法具体包括：分别测量多层复合介质的每一层介质的介电频谱和极化电流；对第j层介质的介电频谱进行拟合，获得第j层介质的n个第一等效支路；对第j层介质的极化电流进行拟合，获得第j层介质的m个第二等效支路；根据第j层介质的第一等效支路和第二等效支路，建立第j层介质的单一介质等效模型；将每一层介质的单一介质等效模型进行串联连接，获得复合介质等效模型；基于复合介质等效模型获得多层复合介质的电场分布。本发明专利技术通过建立介质的等效模型，并结合电路分析方法即可快速算出多层介质暂态过程中的电场分布，避免了繁琐的数值方法，极大降低了计算量和计算时间。量和计算时间。量和计算时间。

【技术实现步骤摘要】
一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法及系统


[0001]本专利技术涉及电气设备绝缘测试
，特别涉及一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法及系统。

技术介绍

[0002]为了绝缘配合、发挥不同介质的特性、设备需求等原因，实际中多层绝缘介质经常用到，例如变压器的油纸绝缘、电缆接头、穿墙套管等。对于绝缘安全而言，每层介质中的电场需要合理，否则可能造成设备放电，引发安全事故。
[0003]随着新能源大规模接入、电力电子化设备大量应用，设备上的暂态电压较多，当前对于多层介质电场的计算方法，通常交流电压下电场按介电常数计算，直流电压下按电阻率计算，冲击电压同样按介电常数计算，但不适用于一般变化缓慢的电压计算。其它暂态电压也没有通用的计算方法，一般是通过有限元仿真、电荷运动微观方程计算，过程复杂繁琐、耗时较长，且不能计算复杂结构，不适合电气设备绝缘结构电场分布计算。
[0004]如何提供一种快速的电气设备绝缘结构电场分布计算方法，成为一个亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法及系统，以提供一种快速的电气设备绝缘结构电场分布计算方法。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法，所述确定方法包括如下步骤：
[0008]分别测量多层复合介质的每一层介质的介电频谱和极化电流，根据介电频谱的工频复电容实部得到每一层介质的介质等效电容，根据极化电流稳态值得到每一层介质的介质等效电阻；所述介电频谱为：在不同频率的交流电压激励下的频域复介电常数；
[0009]对第j层介质的介电频谱进行拟合，获得第j层介质的n个第一等效支路的第一支路等效电阻和第一支路等效电容；所述第一等效支路为第一支路等效电阻和第一支路等效电容串联连接形成的支路；
[0010]对第j层介质的极化电流进行拟合，获得第j层介质的m个第二等效支路的第二支路等效电阻和第二支路等效电容；所述第二等效支路为第二支路等效电阻和第二支路等效电容串联连接形成的支路；
[0011]根据第j层介质的极化电流的时间变化曲线确定从阶跃电压施加至极化电流稳定之间的时间作为第j层介质的极化电流时间；
[0012]判断第j层介质的极化电流时间是否满足公式t
d
＜2/f
l
，获得第一判断结果；其中，t
d
表示极化电流时间，f
l
表示介电频谱能够测量的最低频率；
[0013]若所述第一判断结果表示是，则将第j层介质的介质等效电阻和介质等效电容以
及n个第一等效支路并联连接，形成第j层介质的单一介质等效模型；
[0014]若所述第一判断结果表示否，则将第j层介质的介质等效电阻和介质等效电容以及n个第一等效支路和m个第二等效支路并联连接，形成第j层介质的单一介质等效模型；
[0015]将每一层介质的单一介质等效模型进行串联连接，并将每一层介质的介质等效电阻、介质等效电容、第一支路等效电阻、第一支路等效电容、第二支路等效电阻和第二支路等效电容换算成介电常数和电导率参数，获得复合介质等效模型；
[0016]对复合介质等效模型施加暂态电压，计算得到复合介质等效模型输出的电场的分布，作为多层复合介质的电场分布。
[0017]可选的，所述分别测量多层复合介质的每一层介质的介电频谱和极化电流，根据介电频谱的工频复电容实部得到每一层介质的介质等效电容，根据极化电流稳态值得到每一层介质的介质等效电阻，具体包括：
[0018]测量每一层介质在不同频率的交流电压激励下的频域复介电常数；
[0019]测量每一层介质在阶跃直流电压激励下的极化电流。
[0020]可选的，所述对第j层介质的介电频谱进行拟合，获得第j层介质的n个第一等效支路的第一支路等效电阻和第一支路等效电容，具体包括：
[0021]根据所述介电频谱和电容随频率变化的关系函数确定不同频率下的电容的测量值；
[0022]其中，C(ω)为频率ω下的复电容的测量值，ε(ω)表示频率ω下的复介电常数，S为第j层介质的横截面积，d为第j层介质的厚度；
[0023]令n的数值等于1；
[0024]根据不同频率下的电容的测量值，利用公式对电容与介质的等效电容的差值，进行函数拟合，获得n个支路的拟合函数N
n
(ω)；
[0025]其中，C
i
为第i个第一等效支路的等效电容值，R
i
表示第i个第一等效支路的等效电阻值；
[0026]选取K个频率点，利用公式计算每个频率点的函数拟合误差值；
[0027]其中，N
n
(ω
k
)表示第k个频率点的n个支路的拟合函数值，C'(ω
k
)表示第k个频率点下的复电容的实部，C
o
表示第j层介质工频下的复电容实部，e
k
表示第k个频率点的函数拟合误差值；
[0028]判断N个频率点的函数拟合误差值的平均值是否小于或等于1％，获得第二判断结果；
[0029]若所述第二判断结果表示否，则令n的数值增加1，返回步骤“根据不同频率下的电容的测量值，利用公式对电容与介质的等效电容的差值，进行函数
拟合，获得n个支路的拟合函数N
n
(ω)”；
[0030]若所述第二判断结果表示是，输出n个支路的拟合函数的每个第一等效支路的等效电阻和等效电容。
[0031]可选的，所述对第j层介质的极化电流进行拟合，获得第j层介质的m个第二等效支路的第二支路等效电阻和第二支路等效电容，具体包括：
[0032]令h的数值等于1；
[0033]利用公式对所述极化电流与极化电流最终达到的稳态值的差值，进行函数拟合，获得h个支路的拟合函数M
h
(t)；
[0034]其中，A
r
表示h个支路的拟合函数M
m
(t)的第r个等效支路的拟合函数的系数，τ
r
表示h个支路的拟合函数M
m
(t)的第r等效支路的拟合函数的时间常数；
[0035]选取L个时间点，利用公式计算每个时间点的函数拟合误差值；
[0036]其中，e
l
表示第l个时间点的函数拟合误差值，M
h
(t
l
)表示第l个时间点的h个支路的拟合函数值，i
d
(t
l
)表示第l个时间点的极化电流值，I
R
表示极化电流最终达到的稳态值；
[0037]判断L个时间点的函数拟合误差值的平均值是否小于或等于1％，获得第三判断结果；
[0038]若所述第三判断结果表示否，则令n的数值增加1，返回步骤“利用公式对所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法，其特征在于，所述确定方法包括如下步骤：分别测量多层复合介质的每一层介质的介电频谱和极化电流，根据介电频谱的工频复电容实部得到每一层介质的介质等效电容，根据极化电流稳态值得到每一层介质的介质等效电阻；所述介电频谱为在不同频率的交流电压激励下的频域复介电常数；对第j层介质的介电频谱进行拟合，获得第j层介质的n个第一等效支路的第一支路等效电阻和第一支路等效电容；所述第一等效支路为第一支路等效电阻和第一支路等效电容串联连接形成的支路；对第j层介质的极化电流进行拟合，获得第j层介质的m个第二等效支路的第二支路等效电阻和第二支路等效电容；所述第二等效支路为第二支路等效电阻和第二支路等效电容串联连接形成的支路；根据第j层介质的极化电流的时间变化曲线确定从阶跃电压施加至极化电流稳定之间的时间作为第j层介质的极化电流时间；判断第j层介质的极化电流时间是否满足公式t
d
＜2/f
l
，获得第一判断结果；其中，t
d
表示极化电流时间，f
l
表示介电频谱能够测量的最低频率；若所述第一判断结果表示是，则将第j层介质的介质等效电阻和介质等效电容以及n个第一等效支路并联连接，形成第j层介质的单一介质等效模型；若所述第一判断结果表示否，则将第j层介质的介质等效电阻和介质等效电容以及n个第一等效支路和m个第二等效支路并联连接，形成第j层介质的单一介质等效模型；将每一层介质的单一介质等效模型进行串联连接，并将每一层介质的介质等效电阻、介质等效电容、第一支路等效电阻、第一支路等效电容、第二支路等效电阻和第二支路等效电容换算成介电常数和电导率参数，获得复合介质等效模型；对复合介质等效模型施加暂态电压，计算得到复合介质等效模型输出的电场的分布，作为多层复合介质的电场分布。2.根据权利要求1所述的多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法，其特征在于，所述分别测量多层复合介质的每一层介质的介电频谱和极化电流，根据介电频谱的工频复电容实部得到每一层介质的介质等效电容，根据极化电流稳态值得到每一层介质的介质等效电阻，具体包括：测量每一层介质在不同频率的交流电压激励下的频域复介电常数；测量每一层介质在阶跃直流电压激励下的极化电流。3.根据权利要求1所述的多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法，其特征在于，所述对第j层介质的介电频谱进行拟合，获得第j层介质的n个第一等效支路的第一支路等效电阻和第一支路等效电容，具体包括：根据所述介电频谱和电容随频率变化的关系函数确定不同频率下的电容的测量值；其中，C(ω)为频率ω下的复电容的测量值，ε(ω)表示频率ω下的复介电常数，S为第j层介质的横截面积，d为第j层介质的厚度；
令n的数值等于1；根据不同频率下的电容的测量值，利用公式对电容与介质的等效电容的差值，进行函数拟合，获得n个支路的拟合函数N
n
(ω)；其中，C
i
为第i个第一等效支路的等效电容值，R
i
表示第i个第一等效支路的等效电阻值；选取K个频率点，利用公式计算每个频率点的函数拟合误差值；其中，N
n
(ω
k
)表示第k个频率点的n个支路的拟合函数值，C'(ω
k
)表示第k个频率点下的复电容的实部，C
o
表示第j层介质工频下的复电容实部，e
k
表示第k个频率点的函数拟合误差值；判断N个频率点的函数拟合误差值的平均值是否小于或等于1％，获得第二判断结果；若所述第二判断结果表示否，则令n的数值增加1，返回步骤“根据不同频率下的电容的测量值，利用公式对电容与介质的等效电容的差值，进行函数拟合，获得n个支路的拟合函数N
n
(ω)”；若所述第二判断结果表示是，则输出n个支路的拟合函数的每个第一等效支路的等效电阻和等效电容。4.根据权利要求1所述的多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法，其特征在于，所述对第j层介质的极化电流进行拟合，获得第j层介质的m个第二等效支路的第二支路等效电阻和第二支路等效电容，具体包括：令h的数值等于1；利用公式对所述极化电流与极化电流最终达到的稳态值的差值，进行函数拟合，获得h个支路的拟合函数M
h
(t)；其中，A
r
表示h个支路的拟合函数M
h
(t)的第r个支路的拟合函数的系数，τ
r
表示h个支路的拟合函数M
h
(t)的第r个支路的拟合函数的时间常数；选取L个时间点，利用公式计算每个时间点的函数拟合误差值；其中，e
l
表示第l个时间点的函数拟合误差值，M
h
(t
l
)表示第l个时间点的h个支路的拟合函数值，i
d
(t
l
)表示第l个时间点的极化电流值，I
R
表示极化电流最终达到的稳态值；判断L个时间点的函数拟合误差值的平均值是否小于或等于1％，获得第三判断结果；若所述第三判断结果表示否，则令h的数值增加1，返回步骤“利用公式对所述极化电流与极化电流最终达到的稳态值的差值，进行函数拟
合，获得h个支路的拟合函数M
h
(t)”；若所述第三判断结果表示是，则利用公式和τ
r
＝R
r
C
r
，计算h个支路的拟合函数的每个等效支路的支路等效电阻值和支路等效电容值；其中，U
o
表示测量极化电流时所加的阶跃电压幅值，R
r
和C
r
分别表示第r个等效支路的等效电阻和等效电容；将τ
r
从小到大排列，依次从中取出满足τ
r
≥2/f
l
的m个支路构成第二等效支路，相应的R
r
和C
r
分别表示第二支路等效电阻和第二支路等效电容。5.一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定系统，其特征在于，所述确定系统包括：测量模块，用于分别测量多层复合介质的每一层介质的介电频谱和极化电流，根据介电频...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄猛，吴延宇，宋翰林，吕玉珍，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：