一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法技术

技术编号：40753481 阅读：3 留言：0更新日期：2024-03-25 20:08

本发明专利技术提供一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，属于油纸绝缘介电响应特性研究领域。该方法包括：纸绝缘样品的制备；频域介电响应的测量；等效介电模型的建立；等效介电模型参数的求解；纸绝缘真实频域介电响应的计算。本发明专利技术能够对纸绝缘频域介电响应测量过程中的电极极化效应进行定量分析，并采用计及电极极化的纸绝缘等效介电模型对实测的复杂的介电过程进行解耦分析，从而消除掉电极极化的影响，实现对纸绝缘真实的频域介电响应的获取和定量描述，为纸绝缘的介电机理研究和进一步实现基于介电响应的油纸绝缘状态定量评估提供了前期基础。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及油纸绝缘介电响应特性研究领域，具体是一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法。

技术介绍

1、油纸绝缘因其电强度高、散热性能好、成本低而被广泛应用于电力设备。在长期运行过程中，油纸绝缘承受水分、机械、电和热应力，导致纸绝缘聚合度降低。其中，水分会大大加速降解过程，严重影响绝缘性能。因此，准确评价油纸绝缘的含水量具有重要意义。频域介电响应(frequency domain spectroscopy，fds)方法是一种基于介电响应的新型绝缘诊断技术。与库仑滴定法、露点法等传统的水分检测方法相比，它具有频率信息丰富、抗干扰能力强、无损检测和方便等优点，在电力设备状态评估领域得到了广泛应用。

2、油纸绝缘的介电性能与水分密切相关，这使得fds在评估油纸绝缘含水量方面具有很大的前景。水分评估的关键在于确定水分对油纸绝缘频域介电响应的作用机理，并从频域介电响应中提取出能够表征水分含量的介电特征参数。作为油纸绝缘的关键组成部分，纸绝缘的频域介电响应是研究油纸绝缘介电机理的基础。在测量纸绝缘频域介电响应时，由于测试电极的存在，纸绝缘的真实的介电弛豫特性容易被电极极化效应所掩盖。电极极化的这种多余的寄生效应在高水分含量纸绝缘中尤为明显，干扰了对纸绝缘频域介电响应的获取。

技术实现思路

1、有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，从而提取出纸绝缘真实的频域介电响应。

2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：</p>

3、一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，包括以下步骤：

4、s1:制备纸绝缘样品；

5、s2:对步骤s1制备的纸绝缘样品进行频域介电响应的测量，得到频域介电响应数据；

6、s3:建立等效介电模型；

7、s4:构建目标函数对s3建立的等效介电模型进行参数辨识，计算出等效介电模型中除角频率外的所有介电参数，利用步骤s2所得频域介电响应数据对所述目标函数进行求解，得到等效介电模型参数，所述等效介电模型参数包括纸绝缘本体的介电参数；

8、s5:根据s4所得的纸绝缘本体的介电参数对纸绝缘频域介电响应进行重构，得到消除电极极化影响的纸绝缘的真实频谱。

9、进一步的，所述s1具体为：

10、s11:将纸绝缘置于温度为90℃，真空度50pa的真空干燥箱中干燥48h；

11、s12:将干燥好后的纸绝缘置于温度为45℃的恒温恒湿箱中吸潮8h，通过改变箱体的湿度来控制纸绝缘的平衡水分含量。

12、进一步的，所述s2具体为：将制备好的纸绝缘样品放入密封的三电极装置内，并放置在恒温箱中测量其频域介电响应，频率测量范围为0.1mhz-10khz。

13、进一步的，所述s3中的等效介电模型是一种计及电极极化的纸绝缘频域介电响应模型，该模型包括纸绝缘本体和电极极化两个部分，两者为串联关系，函数表达式为：

14、

15、式中，ε*(ω)是计及电极极化的纸绝缘频域介电响应，ε*paper(ω)是纸绝缘本体部分的频域介电响应，ε*ep(ω)是电极极化部分的频域介电响应，ω为角频率；

16、纸绝缘本体部分由光频介电常数、跳跃电导以及弛豫峰型极化并联构成，函数表达式为：

17、

18、式中，ε∞,paper为纸绝缘的光频介电常数，σho为跳跃电导率，s为跳跃电导的形状参数，δε为弛豫峰型极化的弛豫强度，τ为弛豫时间常数，α和β为弛豫时间分布参数；

19、电极极化部分由光频介电常数和电荷扩散并联构成，函数表达式为：

20、εep*(ω)＝ε∞,ep+χep(iω)-m (3)

21、式中，ε∞,ep为电极极化的光频介电常数，χep为电荷扩散的强度，m为电荷扩散的形状参数。

22、进一步的，所述s4具体为：构建如式(4)所示的目标函数用于等效介电模型的参数辨识，以计算出模型中除角频率外的所有介电参量，使得依据式(1)得出的计算频谱同实测频谱之间的误差达到最小，目标函数为：

23、

24、式中，ε'拟合和ε'测量分别为采用模型函数拟合和实测的复介电常数实部，ε”拟合和ε”测量分别为采用模型函数拟合和实测的复介电常数虚部；

25、采用最小二乘法，使用s2中获得的频域介电响应数据对目标函数进行求解，以得到计及电极极化的纸绝缘频域介电响应的等效介电模型参数。

26、进一步的，所述s5中根据s4所得的纸绝缘本体的介电参数对纸绝缘频域介电响应进行重构具体为：将s4所得的纸绝缘本体的介电参数，代入到式(2)计算出纸绝缘本体部分的介电响应ε*paper(ω)，该计算结果即为消除掉电极极化影响后的纸绝缘真实的频域介电响应。

27、本专利技术的有益效果在于：本专利技术能够对纸绝缘频域介电响应测量过程中的电极极化现象进行定量分析，并采用计及电极极化的纸绝缘等效介电模型对实测的复杂的介电过程进行解耦分析，从而消除掉电极极化的影响，实现对纸绝缘真实的频域介电响应的获取和定量描述，为纸绝缘的介电机理研究和进一步实现基于介电响应的油纸绝缘状态定量评估提供了前期基础。

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【技术保护点】

1.一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述S1具体为：

3.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述S2具体为：将制备好的纸绝缘样品放入密封的三电极装置内，并放置在恒温箱中测量其频域介电响应，频率测量范围为0.1mHz-10kHz。

4.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述S3中的等效介电模型是一种计及电极极化的纸绝缘频域介电响应模型，该模型包括纸绝缘本体和电极极化两个部分，两者为串联关系，函数表达式为：

5.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述S4具体为：构建如式(4)所示的目标函数用于等效介电模型的参数辨识，以计算出模型中除角频率外的所有介电参量，使得依据式(1)得出的计算频谱同实测频谱之间的误差达到最小，目标函数为：

6.如权利要求4所述的一种消除纸绝缘频域介电

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【技术特征摘要】

1.一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述s1具体为：

3.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述s2具体为：将制备好的纸绝缘样品放入密封的三电极装置内，并放置在恒温箱中测量其频域介电响应，频率测量范围为0.1mhz-10khz。

4.如权利要求1所述的一种消除纸绝缘频域介电测量中电极极化影响的方法，其特征在于，所述s3中的等效介电模型是一种计及电极极化的纸绝缘频域介电响应模型，该模型包括纸绝缘本体和电极极化两个部分，两者为串联关...

【专利技术属性】
技术研发人员：涂亚龙，周凯，王圣康，张宇，卢仰泽，金雷，滕子涵，吴云飞，童歆，林福昌，李化，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：

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