基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法与流程

[0001]
本发明属于电气设备故障诊断技术领域，特别涉及一种基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法。


背景技术：

[0002]
由于我国经济社会的不断发展，这使得我国生产、生活用电量迅速升高，我国的电力水平也有了长足的发展。电力套管作为电力网络的核心，被广泛的应用于电力系统中，满足经济社会对于电力能源的重要需求。由于这种大型电力套管长时间高负荷运行难免会造成故障，可能会影响到某个地区的正常的电能供给，使地区电压降低，甚至可能导致该地区电力系统崩溃。近几年来，我国输变电设备故障频频发生，尤其是处于运行中的高压及特高压级别的套管发生故障的次数越来越多。大量研究资料表明：导致电力套管故障的主要原因是其内部油纸绝缘系统绝缘状态下降。因此，评估套管绝缘状态显得尤为重要，其中老化和受潮对绝缘状态影响最大，找到一种可以综合评估水分与老化共同影响的绝缘状态评估方法是现阶段解决问题的关键。
[0003]
频域介电谱(frequency domain spectroscopy,fds)是一种新型的绝缘检测方法，方法为：在绝缘材料上施加变频的交流电压信号，并测试绝缘材料的复电容、复相对介电常数、介质损耗因数随频率变化的变化规律，通过分析复电容、复相对介电常数、介质损耗因数的变化规律来评估绝缘材料的绝缘状况。然而，fds曲线在低频段很难反映介电材料真实的弛豫特性。在低频区，测试设备提供的一部分电流用来抵消电极极化所产生的反向电流，剩下流过固体绝缘系统的是完成电导极化的电流。因此，在传统的频域介电响应中，低频区所提取的信息为电导极化而不是弛豫极化。
[0004]
基于上述出现的问题，考虑用介电模量作为评估绝缘状态的工具，介电模量即有fds技术便捷、快速的特点，又能完全反映电介质在低频段的弛豫信息，是一个潜在的理想的工具。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于提供一种基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法，避免了复介电常数的低频部分弛豫信息被掩盖的缺陷，使得诊断更为方便且准确，使电力系统运行更加可靠、安全、稳定。
[0006]
为实现上述目的，本发明提供了一种基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法，包括以下步骤：
[0007]
(1)对复相对介电常数进行推导，得到计算介电模量的表达式；
[0008]
(2)制备不同绝缘状态的绝缘纸板样品，包括含水量为a％、b％、c％、d％，老化时间为a天、b天、c天、d天、e天的绝缘纸板样品；
[0009]
(3)使用介电响应测试设备分别测试每个不同绝缘状态的绝缘纸板样品，获得的fds数据，绘制fds曲线图；
表示介电常数的虚部；获得介电模量的数据，并将所获得的介电模量的实部与虚部分别作为纵轴，频率为横轴，绘制对数曲线图，以便更好的观察不同绝缘状态下介电模量的曲线特征。
[0030]
优选的，上述基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法中，所述步骤(5)中，采用对介电模量曲线积分的方式来获取介电模量特征指纹，将介电模量曲线分为高频a
1
hz～b
1
hz、中频a
2
hz～b
2
hz、低频a
3
hz～b
3 hz三个频段，分别积分获得积分因子s
1
、s
2
、s
3
，计算公式如下：
[0031][0032]
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0033]
本发明通过基于介电模量指纹数据库对油浸式套管绝缘的绝缘状态进行评估，考虑fds技术的复介电常数曲线在低频段的弛豫信息被掩盖的情况，以及考虑水分和老化的协同影响，采用基于介电模量技术的特征指纹数据库对套管绝缘进行状态诊断，更为方便且准确。将本发明的基于介电模量指纹数据库运用于评估套管绝缘系统的绝缘状态，进而判断其剩余寿命，有助于发现油浸式套管绝缘系统的潜在风险，为套管的运行维护、检修提供重要的参考依据进而使电力系统运行更加可靠、安全、稳定。
附图说明
[0034]
图1是本发明实施例的基于介电模量指纹数据库的套管绝缘状态的评估方法流程示意图。
[0035]
图2是本发明实施例中的不同绝缘状态的绝缘纸板样品制备流程图。
[0036]
图3是本发明实施例中的不同绝缘状态的绝缘纸板样品fds曲线图。
[0037]
图4是本发明实施例的模糊模式识别的原理示意图。
具体实施方式
[0038]
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
[0039]
实施例
[0040]
一种基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法，主要流程见图1，包括以下步骤：
[0041]
(1)根据复相对介电常数与复介电模量互为倒数这一关系，推导复介电模量的表达式，进一步得到介电模量的实部与虚部的表达式，介电模量的表达式为：
[0042][0043]
[0044][0045]
式中，m*表示复介电模量，m
’
表示介电模量的实部，m”表示介电模量的虚部，ε*表示复介电常数，ε
’
表示介电常数的实部，ε”表示介电常数的虚部；
[0046]
(2)制备不同绝缘状态的绝缘纸板样品，制备流程如图2所示，具体过程为：
[0047]
1)将新的绝缘纸板在温度为90℃以及压强为50pa的环境下进行真空干燥处理；
[0048]
2)将绝缘油与真空干燥处理过的绝缘纸板置于温度为60℃、压强为50pa的环境中进行浸油处理；
[0049]
3)静置24小时，进行平衡，得到初始状态的油浸绝缘纸板；
[0050]
4)对绝缘纸板进行吸潮处理，采用精密电子天平来控制纸板吸收水分的含量，获得含水量分别为1％、2％、3％、4％的绝缘纸板；
[0051]
5)将不同含水量的绝缘纸板分组进行老化，设置老化箱温度为恒定温度，分别将每组纸板老化0天、1天、3天、7天、15天，得到含水量与老化天数均不相同的绝缘纸板样品，即为不同绝缘状态的绝缘纸板样品；
[0052]
(3)使用介电响应测试设备对步骤(2)制备的不同绝缘状态的绝缘纸板样品进行频域介电响应测试，获得fds数据，绘制fds曲线图如图3所示；
[0053]
(4)采用步骤(1)推导公式对步骤(3)获得的fds数据进行计算及处理，获得绝缘纸板样品的相关介电模量数据；计算公式如下：
[0054][0055][0056]
式中m*表示复介电模量，其中m
’
表示介电模量的实部，m”表示介电模量的虚部，ε*表示复介电常数，其中ε
’
表示介电常数的实部，ε”表示介电常数的虚部；
[0057]
(5)从介电模量中提取指纹特征量，选取了积分的方法，将介电模量谱的频域分为高频(10
2
hz～10
3
hz)、中频(10-1
hz～10
0
hz)、低频(10-3
hz-10-2
hz)三段，分别对三段进行积分获得积分因子s
1
、s
2
、s
3
，得到介电模量指纹；积分因子s
1
、s
2
、s
3
计算公式如下：
[0058][0059]
(6)考虑到水分含量和老化时间在纸板的作用有互补效应，不同的绝缘状态的纸板可能存在相同的介电模量曲线，因此，引入绝缘油的直流电导率作为指纹数据库的辅助指纹；
[0060]
(7)归纳整理不同绝缘状态的介电模量指纹数据和辅助指纹，构建介电模量指纹数据库；
[0061]
(8)评估新样本的绝缘状态时，先对样本进行介电模量指纹提取，用获得的指纹数据与建立的指纹数据库做对比；应用人工智能算法，模糊模式识别来判定待测新样本与介
电模量指纹数据库中的样本最接近的程度，以此来评估待测新样本的绝缘状态。
[0062]
对评估结果进行误差分析，将待测新样本用水分测试仪测试水分含量以及使用粘度仪测试待测新样本的聚合度与评估结果进行对比并作误差分析，表1为按照上述步骤所得到的评估结果与实际测试结果对比，介电模量指纹数据库可以比较准确地评估待测新样本的绝缘状态，说明该方法可以用于油浸式套管的绝缘状态评估，其有效性得到了进一步验证。
[0063]
表1评估结果与实际测试结果对比
[0064][0065]
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。