一种基于FDS的变压器局部受潮特征提取方法与流程

本发明涉及电气设备性能评估技术领域，特别涉及一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法。

背景技术：

油纸绝缘变压器是应用最为广泛的变压器，其安全可靠运行对电力系统、社会经济至关重要，变压器在制造、运行过程中会因为内部残留、外部入侵、绝缘老化等因素产生水分，水分明显加快绝缘纸老化速度，导致油纸绝缘变压器绝缘性能劣化，因此变压器受潮状态的诊断评估意义重大。

频域介电谱法(frequencydomainspectroscopy，fds)作为一种有效的油纸绝缘含水量评估方法，近年来较为流行，在现有的利用fds评估油纸绝缘含水量方法中，通常将含水量视为等值含水量，并假定水分分布是均匀的，然而，无论是源于内部残留、外部入侵还是绝缘老化，几乎所有的水分均为局部分布，且水分在绝缘纸中的扩散速度极慢，因此局部受潮是变压器受潮的主要形式，以往的fds均匀水分评估方法在实际应用中的有效性大大减弱，亟需一种变压器局部受潮特征提取方法。

技术实现要素：

鉴以此，本发明提出一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法，用以解决背景技术中提到的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法，包括以下步骤：

步骤s1、获取均匀受潮曲线；

步骤s2、建立局部受潮介质损耗模型，根据局部受潮介质损耗模型以及fds方法获取局部受潮曲线；

步骤s3、将均匀受潮曲线以及局部受潮曲线拟合到坐标系中，并获得局部受潮特征参量；

步骤s4、根据局部受潮特征参量以及基本数据库获取局部受潮部分水分含量和未受潮部分水分含量；

步骤s5、根据局部受潮部分水分含量和未受潮部分水分含量获取局部受潮程度。

优选的，所述步骤s1的具体步骤为：选取均匀含水量的样品，采用fds方法获取均匀受潮曲线。

优选的，所述步骤s2的局部受潮介质损耗模型包括低水分部分以及高水分部分，所述高水分部分与低水分部分之间形成界面，所述低水分部分的等值电路为并联连接的电阻r1以及电容c1，所述高水分部分的等值电路为并联连接的电阻r2以及电容c2。

优选的，所述步骤s3的具体步骤为：

步骤s31、以极化频率为横坐标、极化损耗峰为纵坐标建立坐标系；

步骤s32、将均匀受潮曲线以及局部受潮曲线拟合到坐标系中，并进行重叠；

步骤s33、选取局部受潮曲线出现明显极化损耗峰最大值处对应的横坐标作为极化频率，极化频率处的局部受潮曲线与均匀受潮曲线的纵坐标的差值为局部受潮特征参量。

优选的，所述极化频率频率的表达式为：

所述局部受潮特征参量的表达式为：

其中c∞为初始串联等效电容，ip为总损耗电流，ic为总的电容电流，r1和c1为低水分部分等值电路参数，r2和c2高水分部分等值电路参数。

优选的，所述步骤s4的具体步骤为：

步骤s41、根据极化频率以及局部受潮特征参量获取电阻r1、电容c1、电阻r2以及电容c2；

步骤s42、将电阻r1、电容c1与基本数据库对比匹配，获得未受潮部位水分含量，将电阻r2、电容c2与基本数据库对比匹配，获得受潮部位水分含量；

优选的，所述步骤s4中的基本数据库的建立步骤为：选取均匀含水量的样品，获取其在不同频段下的等效电路的r、c数值，所述的r、c数值构成基本数据库。

优选的，所述步骤s5的局部受潮程度k的表达式为：

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供了一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法，针对局部受潮情况下存在的不同水量含量绝缘纸之间的界面提取特征参量，实现局部受潮特征的提取，进而用于判断变压器的局部受潮程度，可以解决以往的fds水平评估方法在实际应用中的适用性弱、有效性低的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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发明的优选实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法的流程图；

图2为本发明的一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法的局部受潮介质损耗模型示意图；

图3为本发明的一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法的局部受潮等效电路图；

图4为本发明等效含水量2％下的tanδ-f曲线示意图；

图5为本发明等效含水量4％下的tanδ-f曲线示意图；

图6为本发明等效含水量6％下的tanδ-f曲线示意图；

图7为本发明等效含水量8％下的tanδ-f曲线示意图。

具体实施方式

为了更好理解本发明技术内容，下面提供一具体实施例，并结合附图对本发明做进一步的说明。

参见图1至图3，本发明提供的一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法，包括以下步骤：

步骤s1、获取均匀受潮曲线；

步骤s2、建立局部受潮介质损耗模型，根据局部受潮介质损耗模型以及fds方法获取局部受潮曲线；

步骤s3、将均匀受潮曲线以及局部受潮曲线拟合到坐标系中，并获得局部受潮特征参量；

步骤s4、根据局部受潮特征参量以及基本数据库获取局部受潮部分水分含量和未受潮部分水分含量；

步骤s5、根据局部受潮部分水分含量和未受潮部分水分含量获取局部受潮程度。

本发明的一种基于fds的变压器局部受潮特征提取方法，采用fds分别获取均匀受潮样品与不均匀受潮样品的曲线图后，将两种曲线拟合到同一个坐标系中，根据两个曲线的差异，获取局部受潮特征参量，并以此获取局部受潮样品中的受潮部分水分含量以及未受潮部分水分含量，最终可以根据受潮部分水分含量以及未受潮部分水分含量评估局部受潮程度，与传统的评估方法不同的是，本发明针对了绝缘纸的局部受潮进行特征的提取，并与均匀受潮进行相比较，以此得出的局部含水量可以有效的受潮程度进行评估，可以解决以往的fds水分评估方法在实际应用中的适用性弱、有效性低的问题。

优选的，所述步骤s1的具体步骤为：选取均匀含水量的样品，采用fds方法获取均匀受潮曲线。

本发明在进行特征提取前，先根据以往的均匀含水量的样品进行特征提取，获取均匀受潮曲线，用于与后续的局部受潮曲线进行对比。

优选的，所述步骤s2的局部受潮介质损耗模型包括低水分部分以及高水分部分，所述高水分部分与低水分部分之间形成界面，所述低水分部分的等值电路为并联连接的电阻r1以及电容c1，所述高水分部分的等值电路为并联连接的电阻r2以及电容c2。

变压器采用油纸复合绝缘作为绝缘介质，其中绝缘纸的主要构成材料是纤维素，纤维素具有疏松多孔的微观结构，吸湿性极强，同时水分与纤维素通过极强的氢键作用力联结在一起，因此油纸绝缘中的水分大部分存在于绝缘纸中，且在温度恒定时，水分在油纸复合绝缘中的扩散过程极其缓慢。

当变压器受潮时，因水分的扩散极其缓慢，受潮更多体现为局部受潮；变压器在受潮部位与未受潮部位之间存在较为明显的界面；宏观来讲，这种界面以油纸绝缘含水量不同而划分；水分改变油纸绝缘的电导率和介电常数，因此不同含水量油纸绝缘具有不同的等效电路参数：电阻r、电容c，根据不同的介电特性来划分因局部受潮产生的界面；局部受潮导致界面产生，界面两侧的油纸绝缘具有不同的介电特性，组合在一起后出现新的介电现象，可作为局部受潮特性评价依据。

优选的，所述步骤s3的具体步骤为：

步骤s31、以极化频率为横坐标、极化损耗峰为纵坐标建立坐标系；

步骤s32、将均匀受潮曲线以及局部受潮曲线拟合到坐标系中，并进行重叠；

步骤s33、选取局部受潮曲线出现明显极化损耗峰最大值处对应的横坐标作为极化频率，极化频率处的局部受潮曲线与均匀受潮曲线的纵坐标的差值为局部受潮特征参量。

优选的，所述极化频率频率的表达式为：

所述局部受潮特征参量的表达式为：

其中c∞为初始串联等效电容，ip为总损耗电流，ic为总的电容电流，r1和c1为低水分部分等值电路参数，r2和c2高水分部分等值电路参数。

当存在局部受潮时，局部受潮曲线中会出现明显的极化损耗峰，而除极化损耗峰外，局部受潮曲线与均匀受潮曲线存在较大重合，局部受潮程度越严重，曲线中出现的极化损耗峰越明显，局部受潮特征参量越大，通过坐标系中的局部受潮曲线以及均匀受潮曲线以及maxwell损耗理论可以获取由于界面效应而出现的松弛极化损耗，即极化频率处的局部受潮曲线与均匀受潮曲线的纵坐标的差值。

优选的，所述步骤s4的具体步骤为：

步骤s41、根据极化频率以及局部受潮特征参量获取电阻r1、电容c1、电阻r2以及电容c2；

步骤s42、将电阻r1、电容c1与基本数据库对比匹配，获得未受潮部位水分含量，将电阻r2、电容c2与基本数据库对比匹配，获得受潮部位水分含量；

优选的，所述步骤s4中的基本数据库的建立步骤为：选取均匀含水量的样品，获取其在不同频段下的等效电路的r、c数值，所述的r、c数值构成基本数据库。

对于均匀含水量的样品，不同含水量油纸绝缘在不同频段具有不同的介质损耗，即在不同频段其等效电路的r、c具有不同的数值，不同含水量数据构成基本数据库。

根据松弛极化损耗以及极化频率可以计算得到高水分部分等值电路中的电阻r1和电容c1，以及低水分部分等值电路中的电阻r2和电容c2，与基本数据库中的数值进行对比匹配，可以获得未受潮部位水分含量以及受潮部位水分含量。

优选的，所述步骤s5的局部受潮程度k的表达式为：

根据局部受潮程度k的表达式可以计算得到局部受潮程度，并以为作为变压器绝缘纸受潮状态的评估依据，可以解决以往的fds水分评估假定水分均匀分布而导致的实际应用中的适用性弱、有效性低的问题。

以下通过若干个实施例来论述本发明的有益效果，参照图4-图7所示，其中字母mc后面的数字代表含水量的多少，例如“mc1+mc5”代表低水分部分含水量为1份，高水分含水量为5份，即代表局部受潮状态。

参照图4，局部受潮“mc0+mc2”曲线在10^-4-10^-1频段出现明显极化损耗峰，损耗峰最大值处对应的横坐标便是对应的极化频率(图4中为11mhz处)，而在其他频段与均匀受潮“mc0+mc0”曲线重合；在极化频率处，取局部受潮曲线“mc0+mc2”与均匀受潮曲线“mc0+mc0”的差值，即可作为局部受潮特征参量。

参照图5，局部受潮“mc0+mc4”曲线在10^-3-10¹频段出现明显极化损耗峰，损耗峰最大值处对应的横坐标便是对应的极化频率(图5中为100mhz处)，而在其他频段与均匀受潮“mc4+mc4”曲线重合；在极化频率处，取局部受潮曲线“mc0+mc4”与均匀受潮曲线“mc4+mc4”的差值，即可作为局部受潮特征参量。

参照图6，局部受潮“mc1+mc5”曲线在10^-2-10²频段出现明显极化损耗峰，损耗峰最大值处对应的横坐标便是对应的极化频率(图6中为1mhz处)，而在其他频段与均匀受潮“mc5+mc5”曲线重合；在极化频率处，取局部受潮曲线“mc1+mc5”与均匀受潮曲线“mc5+mc5”的差值，即可作为局部受潮特征参量。

参照图7，局部受潮“mc3+mc5”曲线在10^-1-10²频段出现明显极化损耗峰，损耗峰最大值处对应的横坐标便是对应的极化频率(图7中为5mhz处)，而在其他频段与均匀受潮“mc5+mc5”曲线重合；在极化频率处，取局部受潮曲线“mc3+mc5”与均匀受潮曲线“mc5+mc5”的差值，即可作为局部受潮特征参量。

局部受潮程度越严重，曲线中出现的极化损耗峰越明显，局部受潮特征参量越大，以此来获取特征参量r1、c1、r2、c2，最终获取局部受潮部位水分含量和未受潮部分水分含量，从而可以获得局部受潮程度。

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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。