变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种变压器油纸绝缘介质响应电路参数辨识方法，特别是一种基于回 复电压法的变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法。
【背景技术】
[0002] 电力变压器对电网的正常运行十分重要，在运行中，由于受到电气、热和环境应力 的作用，其油纸绝缘系统的状态发生变化，变压器的绝缘老化状态诊断是目前国内外研宄 的热点之一。变压器的寿命主要取决于油纸绝缘系统的老化状态，油纸绝缘的介电特性在 运行过程中会发生改变，目前介电测量方法已经广泛应用于评估变压器的油纸绝缘老化状 态，通过建立介质响应和介质之间的联系，对介质进行诊断。
[0003] 传统的绝缘状态评估方法只能给出固体绝缘状态的部分信息，已经不能满足现在 电力企业的需求。最近几十年国内外学者提出了一些新的诊断方法，这些方法均是以介电 响应为基础的。回复电压方法是一种基于介电响应理论现场诊断电力变压器的非破坏性检 测方法，它能够表征介质的绝缘状况及老化状态，已经被广泛应用。
[0004] 基于回复电压原理，扩展Debye模型的介质响应等值电路参数与油纸绝缘老化状 态存在着映射关系。辨识介质响应等值电路参数非常繁琐，需要选择合适的数学模型对参 数进行求解。Xushuzhen选择的数学模型需要积分，过程非常复杂，而且在辨识参数过程中 忽略了数学模型中的一些参数，影响了参数辨识的精度；张涛提出利用回复电压初始斜率 特征量辨识介质响应等值电路参数的数学模型，取得了良好的参数辨识效果；熊维兵利用 回复电压最大值和峰值时间特征量建立了参数辨识数学模型，也取得了较好的参数辨识效 果；但上述两种模型测量数据时都需要很长时间，且不能直接辨识出所有未知参数。已有研 宄表明，利用初始斜率特征量对大型变压器进行绝缘老化状态检测是有效的，但是对小型 变压器进行绝缘老化状态检测时效果并不理想。因此需要进一步改进数学模型以达到更好 的参数辨识效果，从而使得到的等值电路参数能更好的反映油纸绝缘变压器的油纸绝缘状 O
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于回复电压法的变压器油纸绝缘介 质响应等值电路参数辨识的改进方法，旨在解决特征量测量时间较长、初始斜率测量值不 精确对参数辨识造成误差以及初始斜率特征量对小型变压器进行绝缘老化状态检测时效 果并不理想的问题。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法，其特征在于包括以下步 骤：
[0008] 步骤⑴：利用RVM5461测量仪器对现场三台变压器油纸绝缘系统低压侧进行特 征量测量，所测的变压器等级为110KV及以上，测得的特征量包括最大峰值电压Umax、峰值 测量时间tp和回复电压初始斜率dU,/dt;
[0009] 步骤（2):采用扩展Debye模型对变压器油纸绝缘系统进行等效，选取6条松弛支 路，共有14个未知量；
[0010] 步骤（3):建立利用回复电压峰值、峰值时间以及初始斜率特征量求解介质响应 等值电路参数的改进数学模型，通过多个回复电压测试循环建立相应规模的非线性方程组 为：
【主权项】
1. 一种变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法，其特征在于包括以下 步骤： (1) 利用RVM5461测量仪器对现场三台变压器油纸绝缘系统低压侧进行特征量测量， 所测的变压器等级为IlOKV及以上，测得的特征量包括回复电压峰值U niiax、峰值测量时间tp 和回复电压初始斜率duydt; (2) 采用扩展Debye模型对变压器油纸绝缘系统进行等效，η条松弛支路的等值模型将 有2η+2个模型参数待求解； (3) 建立利用回复电压峰值、峰值时间以及初始斜率特征量求解介质响应等值电路参 数的改进数学模型，选取6条松弛支路，共有14个未知量，从而需要通过多个回复电压测试 循环建立相应规模的非线性方程组进行求解； (4) 将非线性方程组的求解转化为求解目标函数最小值的优化问题，采用混合PSO的 细菌觅食优化算法辨识等值电路参数值； (5) 根据辨识所得参数值计算回复电压曲线，将回复电压计算曲线与回复电压测量曲 线观察比较发现二者主时间常数相同，具有很好的一致性，能够正确判断变压器油纸绝缘 状态，说明本发明提出的改进方法是可行的。
2. 根据权利要求1所述一种变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法， 其特征在于：所述步骤（1)中，对于双绕组变压器，通过测量高压侧一地或低压侧一地得到 变压器油纸绝缘系统的特征量；对于三绕组变压器，通过测量高压侧一地、中压侧一地或低 压侧一地得到变压器油纸绝缘系统的特征量。
3. 根据权利要求1所述一种变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法， 其特征在于：所述步骤（3)中，建立了利用回复电压峰值、峰值时间以及初始斜率特征量求 解介质响应等值电路参数的改进数学模型，多个回复电压测试循环建立相应规模的非线性 方程组为：
其中Um为回复电压峰值、t ρ为峰值测量时间、dU 为回复电压初始斜率；〖。、一分别 为充、放电时间，一般取、=为回复电压测试时间，η为极化支路数，Utl为直流电源 电压；未知参数为极化电阻Rpi、极化电容Cpi、绝缘电阻Rg和几何电容C g，Ti= RpiCpi。i = 1，···，]! ;j = 1，···，2n+l ;m 为其中一个 j 的数值。
4. 根据权利要求1所述一种变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法， 其特征在于：所述步骤（4)中，将非线性方程组的求解转化为求解目标函数最小值的优化 问题，目标函数为：
5. 根据权利要求1所述一种变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法， 其特征在于：所述步骤（4)中，采用混合PSO的细菌觅食优化算法计算出等值电路参数值， 算法的主要参数设计如下：细菌规模s = 100,迀移次数Ned = 2、复制次数Nre = 4、趋化 次数Nc = 50,游动次数Ns = 5、迀移概率Ped = 0. 25 ;其中，粒子群算法采用惯性权重ω =1的线性策略，学习因子cl = c2 = 2,粒子数为100。
【专利摘要】变压器油纸绝缘介质响应等值电路参数辨识的改进方法，采用回复电压法测量现场变压器油纸绝缘系统的回复电压峰值、峰值时间和回复电压初始斜率；采用扩展Debye模型模拟变压器油纸绝缘系统等值电路；建立回复电压峰值、峰值时间以及初始斜率特征量求解介质响应等值电路参数的改进数学模型，n条松弛支路的等值模型有2n+2个模型参数待求解，从而需通过多个回复电压测试循环建立相应规模的非线性方程组进行求解；将非线性方程组的求解转化为求解目标函数最小值的优化问题，采用混合PSO的细菌觅食优化算法辨识出等值电路参数并计算回复电压曲线，与回复电压测量曲线比较发现二者主时间常数相同，能够准确判断变压器油纸绝缘状态。
【IPC分类】G06F19-00, G01R31-12
【公开号】CN104764984
【申请号】CN201510179547
【发明人】张涛, 李小琴, 吕浩云, 马飞林, 张引
【申请人】三峡大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月16日