一种时频域结合快速介电响应测试方法与流程

本发明属于绝缘检测技术领域，更具体地，涉及一种时频域结合快速介电响应测试方法。

背景技术：

高压电力设备的实际运行寿命往往是由其绝缘性能的劣化状态决定的，因而对高压电力设备定期进行绝缘诊断是十分必要的。传统的现场测量工频介质损耗因数的方法只能反映绝缘宏观上的平均效果，无法区分电导损耗与松弛损耗，不能全面反映绝缘材料的各种微观极化行为。因而，有必要采用更加全面的测试方法，要针对介质的多种极化形式进行测量，分析各种极化参数的时域或频域特性，从而全面反映高压电力设备绝缘的真实状况。

常用的绝缘诊断方法有频域法(frequencydomainspectroscopy，fds)、时域上的恢复电压测量法和极化/去极化电流法(polarization&depolarizationcurrent，pdc)。恢复电压测量法仅研究介质的去极化过程，介质中电导率变化的影响因素并不能考虑在内。介电响应与fds法是基于时域和频域宽范围测量的一种有效方法，已经成为诊断高压设备绝缘状态的有效工具，fds法是测量不同频率下的介质损耗因数tanδ(ω)和电容c(ω)，尤其是低频和超低频下的参数测量更能准确体现介质中界面极化、空间电荷极化等松弛极化特点，反映高压电力设备绝缘老化的实际发展状况。pdc法可以减少测量时间，fds法则有较好的抗噪声干扰能力。

pdc方法能实现较快速的测量，但是在更高的频率范围内，准确度受到了限制，实际应用的上限频率一般是1hz。fds方法能应用于低频和高频，但是对于极低的频率，需要很长的测量时间。因此有必要提供一种能够针对所有频率范围进行快速介电响应测试的方法。

技术实现要素：

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种时频域结合快速介电响应测试方法，其目的在于能够针对所有频率范围进行快速介电响应测试，由此解决现有技术中采用单一测试方法准确度受限和测试时间较长的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种时频域结合快速介电响应测试方法，其特征在于，所述方法包括：

获得待测试品的频率大于设定频率阈值的介电频谱；

采用三电极法测得所述待测试品的极化和去极化电流曲线；

根据所述极化和去极化电流计算所述待测试品的电导率；

根据所述去极化电流以及电导率，计算得到所述待测试品的频率低于所述设定频率阈值的介电频谱；

将所述待测试品的频率大于设定频率阈值的介电频谱和频率低于所述设定频率阈值的介电频谱拼接起来，得到所述待测试品的介电频谱。

本发明的一个实施例中，根据所述极化和去极化电流计算所述待测试品的电导率，具体为：

根据公式计算所述电导率σ0，其中所述t1为极化电流半峰值时间，tc为极化时间，idepol为去极化电流，c0为几何电容，uc为极化电压，ε0为介电常数，ipol为极化电流。

本发明的一个实施例中，根据所述去极化电流以及电导率，计算得到所述待测试品的频率低于所述设定频率阈值的介电频谱，具体为：

根据去极化电流idepol计算复极化率χ(ω)的虚部部分χ″(ω)和实部部分χ′(ω)；

根据所述复极化率χ(ω)的虚部部分χ″(ω)和实部部分χ′(ω)以及所述电导率计算出复介电常数的虚部部分ε″(ω)和实部部分ε′(ω)；

根据所述复介电常数的虚部部分ε″(ω)和实部部分ε′(ω)计算介电频谱，其中ω为频率。

本发明的一个实施例中，复极化率χ(ω)的虚部部分χ″(ω)和实部部分χ′(ω)分别为：

本发明的一个实施例中，复介电常数的虚部部分ε″(ω)和实部部分ε′(ω)分别为：

本发明的一个实施例中，根据所述复介电常数的虚部部分ε″(ω)和实部部分ε′(ω)计算介电频谱，具体为：

本发明的一个实施例中，所述获得待测试品的频率大于设定频率阈值的介电频谱，具体为：利用频域法直接测量待测试品的频率大于设定频率阈值的介电频谱。

本发明的一个实施例中，所述设定频率阈值为0.1hz。

本发明的一个实施例中，所述三电极法具体为：

相对设置高压极和测量极，所述测量极外围设置保护极，在所述高压极和测量极之间放置待测试品。

本发明的一个实施例中，所述高压极与测量极间的电压为直流200v。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明采用时频域结合测量出待测试品的介电响应，包括复介电常数和介质损耗因数；在低频段部分通过pdc方法测量试品的极化和去极化电流曲线后经hamon近似获得，频率大于设定频率阈值的部分直接通过fds方法测量，随后将测试结果拼接在一块。本发明提供的方法将pdc和fds的优势相结合，相比传统的fds测量方法能节约80％的时间，且抗干扰能力强，准确效果有很大提高。

附图说明

图1是本发明实施例中时频域结合快速介电响应测试方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中fds测量电路原理示意图；

图3是本发明实施例中fds测量结果示意图；

图4是本发明实施例中pdc测量电路原理示意图；

图5是本发明实施例中pdc测量结果示意图；

图6是本发明实施例中拼接得到的介质频谱示意图；

图7是本发明实施例中不同测试方法所需时间的对比示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在由于pdc法能实现较快速的测量，但是在更高的频率范围内，准确度受到了限制，实际应用的上限频率一般是1hz。fds方法能应用于低频和高频，但是对于极低的频率，需要很长的测量时间。因此，在本发明中将pdc测量结果变换到频域，结合fds方法来完成整个频域段的测量。

为了实现上述目的，本发明采用时频域结合测量待测试品的介电响应参数，包括复介电常数和介质损耗因数；在低频段部分(频率大于设定频率阈值，例如0.1hz)通过测量待测试品的极化和去极化电流曲线后经哈蒙(hamon)近似获得，频率大于所述设定频率阈值的部分直接测量，随后将低频部分和高频部分的测试结果拼接在一块。

如图1所示，本发明提供了一种时频域结合快速介电响应测试方法，包括：

s1、获得待测试品的频率大于设定频率阈值的介电频谱；

利用fds方法，例如采用如图2所示的fds测试电路，测量待测试品大于设定频率阈值的介电频谱。所述设定频率阈值可以根据需求设定，例如本发明实施例中设置为0.1hz，介电频谱的测量范围也可以根据需求设定，例如本发明实施例中测量的范围可以为0.1hz-5khz。其测量结果如图3所示。

s2、采用三电极法测得所述待测试品的极化和去极化电流曲线；

具体地,可将待测试品放置于恒温恒湿的密闭环境里，并使用三电极结构进行测量。例如可以采用如图4所示的pdc测试电路，在所述电路中，相对设置高压极和测量极，所述测量极外围设置保护极，在所述高压极和测量极之间放置待测试品。本发明实施例中，可以将极化电压设置为dc200v，去极化时间为10000s，待测试品为变压器油纸绝缘试品(本发明实施例中采用变压器用纤维素绝缘纸板和25#变压器油)，得到的去极化电流曲线如图5所示。

s3、根据所述极化和去极化电流计算所述待测试品的电导率；

当得到极化和去极化电流之后，可以通过式计算油纸绝缘的电导率，其中t1为极化电流半峰值时间，tc为极化时间，idepol为去极化电流，c0为几何电容，uc极化电压，ε0为介电常数，ipol为极化电流。

s4、根据所述去极化电流及所得电导率，计算得到所述待测试品的频率低于所述设定频率阈值的介电频谱；

随后由hamon近似的去极化电流idepol和复极化率χ(ω)的关系式为推导出复极化率的虚部部分；最后经复极化率的虚部和实部的关系推导出复极化率的实部部分；

再由复介电常数和复极化率的关系式ε′(ω)＝ε∞+χ′(ω)和计算出复介电常数，然后由介质损耗因数与复介电常数的关系获得低于所述设定频率阈值的介电频谱的介质损耗曲线(例如频谱范围为0.0001hz-0.1hz)。

s5、将所述待测试品的频率大于设定频率阈值的介电频谱和频率低于所述设定频率阈值的介电频谱拼接起来，得到所述待测试品的介电频谱；

最后将步骤s4中得到的介质频谱曲线和本发明实施例中如图2所示的fds的测试结果拼接在一起得到最终的完整介质频谱曲线图6。

本发明实施例中，采用时频域结合测量出待测试品(油纸绝缘试品)的介电响应，包括复介电常数和介质损耗因数；在低频段部分通过测量试品的极化去极化电流曲线后经hamon近似获得，频率大于0.1hz部分直接测量，随后将测试结果拼接在一块。本发明提供的方法将pdc和fds的优势相结合，如图7所示，相比传统的fds测量方法能节约80％的时间，且准确效果有很大提高。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。