一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法技术

本发明专利技术涉及一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法，包括以下步骤：构建等效混合极化电路模型，并建立模型参数辨识方法；制作不同水分含量的变压器油纸绝缘样品；通过混合极化电路模型拟合各变压器油纸绝缘样品的频域介电谱计算曲线，并进行温度修正；辨识温度修正后的各频域介电谱计算曲线的模型参数，并提取模型参数中的绝缘电阻R

【技术实现步骤摘要】
一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法


[0001]本专利技术涉及一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评 估方法，属于油纸绝缘受潮状态含量评估


技术介绍

[0002]油浸式变压器是输变电系统的关键枢纽设备之一，其安全可靠的 运行是优质电力持续稳定供应的必要基础。由于长期受到电、热、水 分和氧气的综合作用，变压器的油纸绝缘性能会逐渐劣化。其中，水 分被认为是除过热外危害绝缘系统的“头号敌人”。因此，对变压器 油纸绝缘系统水分含量的准确评估有着极其重要的意义。
[0003]近年来，随着测控技术的飞快发展，以介质极化理论为基础的回 复电压法(Recovery Volatage Method，RVM)、极化/去极化电流法 (Polarization and Depolarization Current，PDC)及频域介电谱法 (Frequency Domain Spectroscopy，FDS)被逐步应用到了变压器油纸 绝缘受潮状态的评估中。其中，FDS由于具备测量频带宽，携带绝缘 信息丰富等优点而备受国内外学者的重视。此外，为了获取更多能够 准确量化油纸绝缘受潮状态的特征参量，常利用等效电路模型来辅助 分析油纸绝缘介质弛豫响应过程并探究模型参数与油纸绝缘水分含 量间的关联性局。其中，扩展德拜电路模型由于其电路结构简单，可 解释性强而受到了广泛的应用。但随着油纸绝缘系统的老化，会产生 诸如酮、醛、醇、有机酸、水分等大量老化产物，整个绝缘系统内部 除了有均一介质的极化反应外，各老化产物间的相互作用还将形成复 杂的界面极化反应。此时，扩展德拜模型已无法真实反映介质极化的 实际过程。为此，现有技术等引入界面极化等效支路模拟油纸绝缘系 统的界面极化反应，建立了油纸绝缘系统混合极化电路模型并在时域 下验证了该模型的可行性。但基于时域介电响应理论的RVM易受到时 域信号测量的精度限制及诸如高温、电磁波等环境因素的干扰，并且 其对实验结果解释相当复杂。相比之下，FDS的抗干扰性更强，对环 境的耐受能力更好，更适用于现场测量。因此，探究频域下混合极化 电路模型参数与油纸绝缘受潮状态的关联性具有一定的现实意义。
[0004]专利号为“CN110286305A”的专利技术专利公开了一种利用混合极 化电路模型参数的油纸绝缘微水含量评估方法，但是其仅使用了绝缘 电阻值一项特征参量进行水含量的评估，具有片面性。

技术实现思路

[0005]为了解决上述现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种基于混 合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法，分析不同水分含量下 模型参数的变化，提出了通过三个特征参量绝缘电阻R
g
、平均串联 极化支路时间常数与平均界面极化支路时间常数对水分含量进 行评估，提高评估结果的可信度。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一方面，本专利技术提供一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分 含量评估方法，
包括以下步骤：
[0008]构建包括串联极化支路和界面极化支路的变压器油纸绝缘系统 等效混合极化电路模型，并建立模型参数辨识方法；
[0009]制作不同水分含量的变压器油纸绝缘样品；
[0010]通过混合极化电路模型拟合各变压器油纸绝缘样品的频域介电 谱计算曲线，并通过频温平移法进行温度修正；
[0011]根据模型参数辨识方法辨识温度修正后的各频域介电谱计算曲 线的模型参数，并提取模型参数中的绝缘电阻R
g
、平均串联极化支 路时间常数与平均界面极化支路时间常数作为特征参量；根据 各特征参量随着水分含量的变化规律，分别拟合各特征参量与水分含 量间的关系式；
[0012]对待评估的变压器油纸绝缘系统进行频域介电谱测量，得到对应 的频域介电谱实测曲线，根据所述频域介电谱实测曲线计算出三个特 征参量的值，并通过三个特征参量的值以及各特征参量与水分含量间 的关系式综合评估该变压器油纸绝缘系统的水分含量。
[0013]作为优选实施方式，所述混合极化电路模型包括一几何等效电 路、n条串联极化支路以及N条界面极化支路；其中：
[0014]几何等效电路包括绝缘电阻R
g
与几何电容C
g
；
[0015]串联极化支路由代表不同弛豫环节的极化电阻R
pi
和极化电容C
pi
组成；
[0016]界面极化支路由代表界面极化过程中绝缘介质响应的极化电阻 R
hj
和极化电容C
hj
组成。
[0017]作为优选实施方式，所述建立模型参数辨识方法的步骤具体为：
[0018]根据所述混合极化电路模型的结构，推导出复电容实部C'
(w)
和复 电容虚部C”(w)
分别为：
[0019][0020][0021]介质损耗因数定义为：
[0022][0023]混合极化电路模型中，串联极化支路时间常数τ
pi
与界面极化支 路时间常数τ
hk
表达为：
[0024][0025]构建多元非线性方程组：
[0026][0027]式中：tanδ1(ω)、C
′
1(ω)
和C
″
1(ω)
代表ω频率点下的频域介电谱测试 结果；
[0028]构造优化目标函数：
[0029][0030]采用自适应粒子群算法对上式进行求解，当上式值最小时，辨识 出所有模型参数。
[0031]作为优选实施方式，所述通过频温平移法进行温度修正的方法具 体为：
[0032]利用平移因子αT将频域介电谱计算曲线平移至参考温度处，所 述平移因子αT具体为：
[0033][0034][0035]其中，E
a
表示活化能；R表示气体常数，取值为8.314J/mol/K； T
s
为参考曲线的测试温度；T表示需平移曲线的测试温度；
[0036]f
b
表示某曲线平移前的频率；f0表示该曲线平移至参考曲线上时 对应的频率。
[0037]作为优选实施方式，各所述特征参量与水分含量间的关系式分别 为：
[0038]R
g
＝619.1
×
exp(
‑
0.5794
×
MC)；MC)；
[0039]其中，MC为水分含量。
[0040]另一方面，本专利技术还提供一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘 水分含量评估
设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处 理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如本专利技术 任一实施例所述的油纸绝缘水分含量评估方法。
[0041]再一方面，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有 计算机程序，该程序被处理器执行时实现如本专利技术任一实施例所述的 油纸绝缘水分含量评估方法。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法，其特征在于，包括以下步骤：构建包括串联极化支路和界面极化支路的变压器油纸绝缘系统等效混合极化电路模型，并建立模型参数辨识方法；制作不同水分含量的变压器油纸绝缘样品；通过混合极化电路模型拟合各变压器油纸绝缘样品的频域介电谱计算曲线，并通过频温平移法进行温度修正；根据模型参数辨识方法辨识温度修正后的各频域介电谱计算曲线的模型参数，并提取模型参数中的绝缘电阻R
g
、平均串联极化支路时间常数与平均界面极化支路时间常数作为特征参量；根据各特征参量随着水分含量的变化规律，分别拟合各特征参量与水分含量间的关系式；对待评估的变压器油纸绝缘系统进行频域介电谱测量，得到对应的频域介电谱实测曲线，根据所述频域介电谱实测曲线计算出三个特征参量的值，并通过三个特征参量的值以及各特征参量与水分含量间的关系式综合评估该变压器油纸绝缘系统的水分含量。2.根据权利要求1所述的一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法，其特征在于，所述混合极化电路模型包括一几何等效电路、n条串联极化支路以及N条界面极化支路；其中：几何等效电路包括绝缘电阻R
g
与几何电容C
g
；串联极化支路由代表不同弛豫环节的极化电阻R
pi
和极化电容C
pi
组成；界面极化支路由代表界面极化过程中绝缘介质响应的极化电阻R
hj
和极化电容C
hj
组成。3.根据权利要求2所述的一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法，其特征在于，所述建立模型参数辨识方法的步骤具体为：根据所述混合极化电路模型的结构，推导出复电容实部C'
(w)
和复电容虚部C
″
(w)
分别为：为：介质损耗因数定义为：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张绍明，柯拥勤，高漩，王科新，李慧斌，陈天鹏，彭宇霞，
申请(专利权)人：国网福建省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：