基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法技术

本发明专利技术涉及电气设备故障诊断技术领域，公开了一种基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，包括以下步骤：得到介电模型M(ω)的表达式；制备不同水分含量的实验样本，在不同温度下对样本进行频域介电谱测试，得到复介电常数对应的FDS曲线；将复介电常数虚部对应的FDS曲线进行转换，得到M”(ω)对应的FDS曲线；使用最小二乘法定位M”(ω)对应FDS曲线的峰值频率f

【技术实现步骤摘要】
基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法
本专利技术涉及电气设备故障诊断
，更具体地，涉及基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法。
技术介绍
随着时代的发展和生产力的提高，电力系统在现代社会中的作用越来越显著。作为电力系统的输变电核心设备，电力套管作为电力系统中不可缺少的一环，对电能起着转换和过度的作用，具有强度高，装置稳定性好，使用寿命长等优点。但近年来，相关调查发现，目前国内大量电力套管面临服役时间已接近甚至超过其设计服役年限的问题，并存在绝缘老化加剧、绝缘性能下降的高运行风险。如今对于保证套管在运行年限内安全可靠的工作成了重要的研究内容。在电力套管的运行过程中，其油纸绝缘系统在长期运行中受到电、热、机械以及化学等多种应力联合作用下，使系统的绝缘性能下降，并会产生水分、糠醛、烃类、有机化合物等附加产物。随着老化程度的加剧，油纸绝缘系统的绝缘性能不断降低，进而将影响整个电网。因此对于套管绝缘状态评估的研究至关重要，基于介电响应原理的时/频域介电响应测量技术具有抗干扰能力强、携带信息丰富等优点，近年来受到了极大的关注，目前已经取得了很多有价值的成果。影响频域介电响应测试的关键因素主要包括绝缘几何结构、测试电压、湿度、绝缘材料的导电性和温度。特别是温度对介电响应的影响已成为研究热点。一方面，温度变化会严重影响频域介电响应测试结果，使频域介电响应曲线沿频率轴移动。因此温度对FDS曲线的影响是不可忽视的。目前，通过主曲线提取温度平移因子αT可以被视为校正温度对频域介电响应数据影响的有效方法之一。但是，由于构造主曲线的方法不同，得到的主曲线和αT也是有差别的。因此，在不构造主曲线的情况下，建立一个预测αT的有效模型具有重要意义。另一方面，温度也影响套管浸渍纤维素绝缘的老化速率，已有研究表明，可将活化能(Ea)作为反映套管纤维素绝缘平均老化率的指标。根据有效碰撞理论表明活化能与温度自然相关。因此，为了探究温度对老化速率的影响，有必要讨论温度对Ea的影响，并期望可以改进基于老化动力学模型的状态评估方法。本专利技术基于介电模量对油纸绝缘系统进行老化评估，同时，本专利技术还针对现场测量中存在温度对测量结果产生影响的问题进行了研究，提出了消除现场温度影响的校正方法。
技术实现思路
本专利技术针对专利技术背景所述问题，提出了一种基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，有助于提高介电模量和活化能预测相关技术对套管绝缘状态预测结果的可靠性。为实现上述目的，本专利技术提出了一种基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，包括以下步骤：S1，定义介电模量为复介电常数的倒数，根据复介电常数的倒数得到介电模量的实部和虚部的表达式；S2，制备不同水分含量的套管绝缘油纸，在不同温度下对套管绝缘油纸进行频域介电谱测试以得到复介电常数对应的FDS曲线；S3，将复介电常数虚部对应的FDS曲线按所述表达式进行转换以得到介电模量的虚部对应的FDS曲线；S4，使用最小二乘法定位介电模量的虚部对应FDS曲线的峰值频率，把峰值频率作为特征参量，得到峰值频率随温度和水分的变化规律；S5，定义平移因子，根据峰值频率随温度和水分含量的变化规律得到平移因子随温度和水分含量变化的规律；S6，结合Arrhenius方程得到与平移因子相关的活化能计算公式，从而得到活化能与水分含量的关系；S7，建立活化能预测模型，得到活化能与峰值频率、温度的拟合曲线。上述技术方案中，复介电常数的频域表达式如式(1)所示：式中，ε∞为角速度ω→∞时的介电常数，εs为静态介电常数，τ为弛豫时间常数，β为时间分布参数，为了得到介电模量M(ω)，对复介电常数取倒数做以下变换：其中M∞＝1/ε∞,MS＝1/εS,τM＝τ(ε∞/εS)1/β，由此得到介电模量的实部和虚部表达式为：其中，M’(ω)为为介电模量的实部，M”(ω)为介电模量的虚部。上述技术方案中，步骤S1中制备不同水分含量的套管绝缘油纸具体为：通过将不同纸板样本放置在精密电子天平上吸收水分即可获得各种预期水分含量的纸板样本，随后在恒定实验温度下进行水分平衡分配，持续48小时，使用卡尔费休滴定装置测量水分含量。上述技术方案中，所述温度平移因子的表达式如下所示：式中的fpr和fpt分别对应于参考温度和试验温度下复介电模量的虚部M”(ω)上的峰值频率。上述技术方案中，经典Arrhenius热动力学方程如下所示：其中，Ak是指数前因子，被认为是与化学反应速率有关的常数，R是气体常数，取值范围在[0-1000]，T是化学反应过程中的温度，由于峰值频率fp与T的变化规律类似于公式(5)，使用公式(5)表示fp与T的关系如式(6)所示，Af是指前因子，为与频率介电响应强度有关的常数。上述技术方案中，通过对实测曲线的拟合得到Af与水分含量的关系如式(7)所示，其中mc％为水分含量，a、b、c为拟合系数，取值范围在[0-1000]；Ln(Af)＝a×emc％/b+c。(7)上述技术方案中，通过式(6)、式(7)得到活化能的预测公式如式(8)所示，根据式(8)得到活化能Eaf随峰值频率fp与温度T的变化规律；Eaf＝R·T·[Ln(Af)-Lnfp]。(8)与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术通过引入温度平移因子并构建了活化能预测模型，可以在考虑温度影响下实现对套管油纸绝缘系统的活化能进行预测，可以使基于频域介电谱技术的状态诊断更为方便且准确的运用于对油浸纸套管固体绝缘状态的评估上，进而判断套管剩余寿命，有助于发现油浸纸套管绝缘系统的潜在风险，为套管的运行维护、检修提供重要的参考依据进而使电力系统运行更加可靠、安全、稳定。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1a为本专利技术是实例的方法流程图；图1b为本专利技术是实例的样本制备过程流程图；图2为本专利技术实施例的FDS测试装置示意图；图3为本专利技术实施例在水分含量为1％情况下，分别在不同温度条件下进行的复介电常数虚部的FDS曲线；图4为本专利技术实施例对的复介电常数虚部通过公式运算转变为介电模量后，得到的对应因变量为介电模量的FDS曲线，可以很明显的观察到曲线中峰值的存在；图5是本专利技术实施例提出温度平移因子后，通过实验值得到温度平移因子随水分和温度变化的三维曲面；图6是本专利技术实施例构建的预测活化能与温度、fp的三维关系图；具体实施方式下面结合附图对本专利技术的优选实施例进行详细阐述，以使本专利技术的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1，定义介电模量为复介电常数的倒数，根据复介电常数的倒数得到介电模量的实部和虚部的表达式；/nS2，制备不同水分含量的套管绝缘油纸，在不同温度下对套管绝缘油纸进行频域介电谱测试以得到复介电常数对应的FDS曲线；/nS3，将复介电常数虚部对应的FDS曲线按所述表达式进行转换以得到介电模量的虚部对应的FDS曲线；/nS4，使用最小二乘法定位介电模量的虚部对应FDS曲线的峰值频率，把峰值频率作为特征参量，得到峰值频率随温度和水分的变化规律；/nS5，定义平移因子，根据峰值频率随温度和水分含量的变化规律得到平移因子随温度和水分含量变化的规律；/nS6，结合Arrhenius方程得到与平移因子相关的活化能计算公式，从而得到活化能与水分含量的关系；/nS7，建立活化能预测模型，得到活化能与峰值频率、温度的拟合曲线。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，定义介电模量为复介电常数的倒数，根据复介电常数的倒数得到介电模量的实部和虚部的表达式；
S2，制备不同水分含量的套管绝缘油纸，在不同温度下对套管绝缘油纸进行频域介电谱测试以得到复介电常数对应的FDS曲线；
S3，将复介电常数虚部对应的FDS曲线按所述表达式进行转换以得到介电模量的虚部对应的FDS曲线；
S4，使用最小二乘法定位介电模量的虚部对应FDS曲线的峰值频率，把峰值频率作为特征参量，得到峰值频率随温度和水分的变化规律；
S5，定义平移因子，根据峰值频率随温度和水分含量的变化规律得到平移因子随温度和水分含量变化的规律；
S6，结合Arrhenius方程得到与平移因子相关的活化能计算公式，从而得到活化能与水分含量的关系；
S7，建立活化能预测模型，得到活化能与峰值频率、温度的拟合曲线。


2.根据权利要求1所述的基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，其特征在于，复介电常数的频域表达式如式(1)所示：



式中，ε∞为角速度ω→∞时的介电常数，εs为静态介电常数，τ为弛豫时间常数，β为时间分布参数，为了得到介电模量M(ω)，对复介电常数取倒数做以下变换：



其中M∞＝1/ε∞,MS＝1/εS,τM＝τ(ε∞/εS)1/β，由此得到介电模量的实部和虚部表达式为：



其中，M’(ω)为为介电模量的实部，M”(ω)为介电模量的虚部。


3.根据权利要求1所述的基于介电模量的套管绝缘油纸温度修正和活化能预测方法，其特征在于，步骤S1中制备不同水分含...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘捷丰，张镱议，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：广西;45