一种绝缘纸板老化状态的评估方法及系统与流程

本发明涉及绝缘纸板老化状态评估领域，特别是涉及一种绝缘纸板老化状态的评估方法及系统。

背景技术：

电力变压器是电力系统中的核心设备，且价格昂贵，其一旦发生故障，可能会引起大面积停电，带来极大的经济损失和负面影响。电力变压器采用油纸复合绝缘结构，油纸绝缘老化是引起的故障主要原因。电力变压器的变压器油可以通过定期滤油换油改善绝缘性能，而绝缘纸板由于其不可更换性而成为决定油纸绝缘老化状态的主要因素。为了保障电力变压器运行的可靠性与经济性，准确评估油纸复合绝缘中绝缘纸板的老化状态非常必要。

目前，油纸绝缘老化状态的电气诊断方法主要包括回复电压法(rmv)、频域谱检测法(fds)及极化/去极化电流法(pdc)等。其中rvm法容易受到残余电荷流的影响而出现非标准图谱，对油纸绝缘老化状态评估并不准确；fds法通常是测量低频下油纸复合绝缘的相对介电常数与介质损耗角正切等参数，进而对绝缘纸板的老化状态进行评估；pdc法测量油纸绝缘的极化去极化电流，通常选用极化后期稳态电导电流，或极化/去极化电量等作为评估绝缘纸板老化状态的参数。目前，仅通过现有的fds法和pdc法难以测量出随纸板老化变化明显的参数并通过其提取可靠的特征量。因此，有必要寻找一种评估油纸复合绝缘中绝缘纸板的老化状态的可靠方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种绝缘纸板老化状态的评估方法及系统，能够准确地评估绝缘纸板老化状态。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种绝缘纸板老化状态的评估方法，包括：

对绝缘纸板进行油纸绝缘重复极化试验，得到第一次极化电流和第二次极化电流；

根据所述第一次极化电流、第一次极化电流对应的时间、所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型进行拟合，得到第一最大时间常数和第二最大时间常数；

根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数，确定衰减差异；

获取完全极化时间或完全退极化时间；

根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异；

根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异，评估绝缘纸板老化状态。

可选的，所述根据所述第一次极化电流、第一次极化电流对应的时间、所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型进行拟合，得到第一最大时间常数和第二最大时间常数，具体包括：

根据所述第一次极化电流和第一次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip1(t)＝a01+a11exp(-t/τ11)+a21exp(-t/τ21)+a31exp(-t/τ31)进行拟合，得到第一最大时间常数τ31；

其中，a01表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a11、τ11分别为第一次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a21、τ21分别为第一次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a31、τ31分别为第一次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ31为第一最大时间常数；

根据所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip2(t)＝a02+a12exp(-t/τ12)+a22exp(-t/τ22)+a32exp(-t/τ32)进行拟合，得到第二最大时间常数τ32；

其中，a02表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a12、τ12分别为第二次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a22、τ22分别为第二次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a32、τ32分别为第二次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ32为第二最大时间常数。

可选的，所述根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数，确定衰减差异，具体包括：

根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数采用公式▽τ＝|τ31-τ32|，确定衰减差异▽τ；

其中，▽τ为衰减差异，τ31为第一最大时间常数，τ32为第二最大时间常数。

可选的，所述根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异，具体包括：

根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，改变极化时间或退极化时间；所述极化时间小于所述完全极化时间，所述退极化时间小于所述完全退极化时间；

根据所述极化时间或退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异。

可选的，所述根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异，评估绝缘纸板老化状态，具体包括：

根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异采用公式k＝▽τmax/▽τmin，确定峰后变化率k，将所述峰后变化率作为绝缘纸板老化特征量；

其中，▽τmax为最大衰减差异，▽τmin为最小衰减差异，k为绝缘纸板老化特征量；

根据所述绝缘纸板老化特征量，评估绝缘纸板老化状态。

一种绝缘纸板老化状态的评估系统，包括：

重复极化试验模块，用于对绝缘纸板进行油纸绝缘重复极化试验，得到第一次极化电流和第二次极化电流；

最大时间常数确定模块，用于根据所述第一次极化电流、第一次极化电流对应的时间、所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型进行拟合，得到第一最大时间常数和第二最大时间常数；

衰减差异确定模块，用于根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数，确定衰减差异；

完全极化/退极化时间获取模块，用于获取完全极化时间或完全退极化时间；

最大/最小衰减差异确定模块，用于根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异；

评估模块，用于根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异，评估绝缘纸板老化状态。

可选的，所述最大时间常数确定模块，具体包括：

第一最大时间常数确定单元，用于根据所述第一次极化电流和第一次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip1(t)＝a01+a11exp(-t/τ11)+a21exp(-t/τ21)+a31exp(-t/τ31)进行拟合，得到第一最大时间常数τ31；

其中，a01表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a11、τ11分别为第一次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a21、τ21分别为第一次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a31、τ31分别为第一次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ31为第一最大时间常数；

第二最大时间常数确定单元，用于根据所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip2(t)＝a02+a12exp(-t/τ12)+a22exp(-t/τ22)+a32exp(-t/τ32)进行拟合，得到第二最大时间常数τ32；

其中，a02表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a12、τ12分别为第二次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a22、τ22分别为第二次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a32、τ32分别为第二次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ32为第二最大时间常数。

可选的，所述衰减差异确定模块，具体包括：

衰减差异确定单元，用于根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数采用公式▽τ＝|τ31-τ32|，确定衰减差异▽τ；

其中，▽τ为衰减差异，τ31为第一最大时间常数，τ32为第二最大时间常数。

可选的，所述最大/最小衰减差异确定模块，具体包括：

极化/退极化时间确定单元，用于根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，改变极化时间或退极化时间；所述极化时间小于所述完全极化时间，所述退极化时间小于所述完全退极化时间；

最大/最小衰减差异确定单元，用于根据所述极化时间或退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异。

可选的，所述评估模块，具体包括：

绝缘纸板老化特征量确定单元，用于根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异采用公式k＝▽τmax/▽τmin，确定峰后变化率k，将所述峰后变化率作为绝缘纸板老化特征量；

其中，▽τmax为最大衰减差异，▽τmin为最小衰减差异，k为绝缘纸板老化特征量；

绝缘纸板老化状态评估单元，用于根据所述绝缘纸板老化特征量，评估绝缘纸板老化状态。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种绝缘纸板老化状态的评估方法及系统。对绝缘纸板进行油纸绝缘重复极化试验，得到两次极化电流；基于油纸复合绝缘两次极化电流的差异与绝缘纸板老化状态有关，采用两次极化的最大时间常数差量化两次极化电流之间差异；通过改变第一次极化/退极化时间得到两次极化电流差异的时间谱，提取油纸复合绝缘两次极化电流差异的时间谱的峰后变化率作为表征纸板老化的特征量，通过特征量直接确定绝缘纸板老化状态，从而能够准确可靠地评估绝缘纸板老化状态。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，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为本发明绝缘纸板老化状态的评估方法流程图；

图2为本发明重复极化测试电路图；

图3为本发明重复极化测试加压流程图；

图4为本发明典型油纸绝缘的不同程度老化纸板两次极化电流衰减差异极化/去极化时间谱图；

图5为本发明绝缘纸板老化状态的评估系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种绝缘纸板老化状态的评估方法及系统，能够准确地评估绝缘纸板老化状态。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明绝缘纸板老化状态的评估方法流程图。如图1所示，一种绝缘纸板老化状态的评估方法包括：

步骤101：对绝缘纸板进行油纸绝缘重复极化试验，得到第一次极化电流和第二次极化电流。

图2为本发明重复极化测试电路图。图2中u为外施直流电压、r为保护电阻、s为转换开关、试品为油纸复合绝缘，通过电流采集系统采集试验时流经试品的极化/去极化电流。

试验时按图3加压流程对油纸复合绝缘施加直流电压，图3为本发明重复极化测试加压流程图，tp1为第一次极化时间，在此时间段内，图2中开关s接2端，对试品施加阶跃电压等级为u的阶跃电压，此时流过试品的电流为第一次极化电流ip1(t)；td1为第一次退极化时间，在td1时间段，开关转接1端，试品被短接，将产生反向的去极化电流idep1(t)；tp2为第二次极化时间，在tp2时间段内，再次对试品施加电压等级为u的阶跃电压，此时流过复合绝缘结构的的电流为第二次极化电流ip2(t)；td2为第二次退极化时间，在td2时间段，开关转接接地端，复合绝缘结构被短接，将产生反向的去极化电流idep2(t)。试验过程中通过电流采集系统分别采集四个测量时间段内的电流ip1(t)、idep1(t)、ip2(t)和idep2(t)，对于本发明而言，只需要采集ip1(t)和ip2(t)，其中ip1(t)和ip2(t)均为离散数值。

步骤102：根据所述第一次极化电流、第一次极化电流对应的时间、所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型进行拟合，得到第一最大时间常数和第二最大时间常数。

为量化极化电流的衰减规律，需对极化电流进行拟合。在老化纸板油纸复合绝缘中至少存在三种极化，分别为油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化；纸板表面与油形成的油纸界面极化，主要表现在电荷积聚的前期，且在退极化过称中消散较快，对第二次极化时残余电荷影响较小；纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化，表现在电荷积聚的中后期，退极化过程中消散很慢，对第二次极化时纸板残余电荷贡献很大。因此三指数德拜模型可以对极化电流进行较好的拟合，拟合公式如下：

ip(t)＝a0+a1exp(-t/τ1)+a2exp(-t/τ2)+a3exp(-t/τ3)

式中a0表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a1、a2、a3和τ1、τ2、τ3(τ1＜τ2＜τ3)分别为三种极化对应的拟合系数和时间常数。由于第二次极化时纸板上的剩余电荷量主要与第一次极化过程中建立速度最慢的极化关联最大，因此选用重复极化试验中两次极化的最大时间常数差量化两次极化电流的衰减差异，即选用两次拟合后的τ3。

作为一种具体的实施例，步骤102具体包括如下子步骤：

根据所述第一次极化电流和第一次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip1(t)＝a01+a11exp(-t/τ11)+a21exp(-t/τ21)+a31exp(-t/τ31)进行拟合，得到第一最大时间常数τ31。

其中，a01表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a11、τ11分别为第一次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a21、τ21分别为第一次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a31、τ31分别为第一次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ31为第一最大时间常数；

根据所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip2(t)＝a02+a12exp(-t/τ12)+a22exp(-t/τ22)+a32exp(-t/τ32)进行拟合，得到第二最大时间常数τ32。

其中，a02表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a12、τ12分别为第二次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a22、τ22分别为第二次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a32、τ32分别为第二次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ32为第二最大时间常数。

步骤103：根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数，确定衰减差异，具体包括：

根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数采用公式▽τ＝|τ31-τ32|，确定衰减差异▽τ。

其中，▽τ为衰减差异，τ31为第一最大时间常数，τ32为第二最大时间常数。

在去极化过程中，油纸复合绝缘中纸板含有的羟基对于绝缘油中的负电粒子具有吸附性，由于受到纸板吸附力作用，去极化时积聚在油纸界面上的负电粒子消散的速度变慢，导致油纸复合绝缘的极化电流与去极化电流不对称，在未完全退极化时，再次对复合绝缘施加阶跃电压，界面存在剩余负电粒子，第二次建立的极化电流与第一次建立的极化电流衰减过程不同。热老化时，纸板中的羟基因氧化减少，纸板对负电粒子的吸引力减弱，两次极化电流的衰减差异减小，因此两次极化电流的衰减差异与纸板老化程度相关。

步骤104：获取完全极化时间或完全退极化时间。

步骤105：根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异。

假设油纸绝缘的完全极化时间为t1，完全退极化时间为t2，第一次极化时间tp1(tp1<t1)增加，油纸界面积聚的带电粒子量不断增多；第一次退极化时间td1(td1<t2)增加，油纸界面的带电粒子量消散量增加。因此tp1/td1改变时，第二次极化时油纸界面上剩余的带电粒子量随之改变，第一次极化电流与第二次极化电流之间的衰减差异▽τ也发生变化。在某一特定的tp1/td1下，两次极化电流的衰减差异▽τ达到峰值，而后随tp1/td1增加而减小。不同程度老化纸板油纸复合绝缘的衰减差异▽τ在达到峰值后，减小速率不相同。图4为本发明典型油纸绝缘的不同程度老化纸板两次极化电流衰减差异极化/去极化时间谱图。

作为一种具体的实施例，步骤105具体包括：

根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，改变极化时间或退极化时间；所述极化时间小于所述完全极化时间，所述退极化时间小于所述完全退极化时间。

根据所述极化时间或退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异。

步骤106：根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异，评估绝缘纸板老化状态，具体包括：

根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异采用公式k＝▽τmax/▽τmin，确定峰后变化率k，将所述峰后变化率作为绝缘纸板老化特征量。

其中，▽τmax为最大衰减差异，▽τmin为最小衰减差异，k为绝缘纸板老化特征量。

根据所述绝缘纸板老化特征量，评估绝缘纸板老化状态，具体的k值越接近1，纸板老化越严重。k<1.7时，纸板老化非常严重。

本发明基于重复极化法评估绝缘纸板老化状态；通过试验表明油纸复合绝缘两次极化电流的差异与绝缘纸板老化状态有关，采用两次极化的最大时间常数差量化两次极化电流之间差异；通过改变第一次极化/退极化时间得到两次极化电流差异的时间谱，提取油纸复合绝缘两次极化电流差异的时间谱的峰后变化率k作为表征纸板老化的特征量，不同老化程度纸板的峰后变化率k有明显差异，k值越接近1，纸板老化越严重。

图5为本发明绝缘纸板老化状态的评估系统结构图。如图5所示，一种绝缘纸板老化状态的评估系统包括：

重复极化试验模块201，用于对绝缘纸板进行油纸绝缘重复极化试验，得到第一次极化电流和第二次极化电流。

最大时间常数确定模块202，用于根据所述第一次极化电流、第一次极化电流对应的时间、所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型进行拟合，得到第一最大时间常数和第二最大时间常数。

衰减差异确定模块203，用于根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数，确定衰减差异。

完全极化/退极化时间获取模块204，用于获取完全极化时间或完全退极化时间。

最大/最小衰减差异确定模块205，用于根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异。

评估模块206，用于根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异，评估绝缘纸板老化状态。

作为一种具体的实施例，所述最大时间常数确定模块202具体包括：

第一最大时间常数确定单元，用于根据所述第一次极化电流和第一次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip1(t)＝a01+a11exp(-t/τ11)+a21exp(-t/τ21)+a31exp(-t/τ31)进行拟合，得到第一最大时间常数τ31。

其中，a01表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a11、τ11分别为第一次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a21、τ21分别为第一次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a31、τ31分别为第一次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ31为第一最大时间常数。

第二最大时间常数确定单元，用于根据所述第二次极化电流和第二次极化电流对应的时间采用三指数德拜模型ip2(t)＝a02+a12exp(-t/τ12)+a22exp(-t/τ22)+a32exp(-t/τ32)进行拟合，得到第二最大时间常数τ32。

其中，a02表示油纸绝缘的真空电容、无损极化等效电容及电导损耗；a12、τ12分别为第二次极化时间段内油中杂质离子及纸板中极性老化产物的转向极化过程对应的拟合系数和时间常数，a22、τ22分别为第二次极化时间段内纸板表面与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，a32、τ32分别为第二次极化时间段内纸板内部孔隙与油形成的油纸界面极化过程对应的拟合系数和时间常数，τ32为第二最大时间常数。

作为一种具体的实施例，所述衰减差异确定模块203具体包括：

衰减差异确定单元，用于根据所述第一最大时间常数和所述第二最大时间常数采用公式▽τ＝|τ31-τ32|，确定衰减差异▽τ。

其中，▽τ为衰减差异，τ31为第一最大时间常数，τ32为第二最大时间常数。

作为一种具体的实施例，所述最大/最小衰减差异确定模块205具体包括：

极化/退极化时间确定单元，用于根据所述完全极化时间或所述完全退极化时间，改变极化时间或退极化时间；所述极化时间小于所述完全极化时间，所述退极化时间小于所述完全退极化时间。

最大/最小衰减差异确定单元，用于根据所述极化时间或退极化时间，确定最大衰减差异和最小衰减差异。

作为一种具体的实施例，所述评估模块206，具体包括：

绝缘纸板老化特征量确定单元，用于根据所述最大衰减差异和所述最小衰减差异采用公式k＝▽τmax/▽τmin，确定峰后变化率k，将所述峰后变化率作为绝缘纸板老化特征量。

其中，▽τmax为最大衰减差异，▽τmin为最小衰减差异，k为绝缘纸板老化特征量。

绝缘纸板老化状态评估单元，用于根据所述绝缘纸板老化特征量，评估绝缘纸板老化状态。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。