基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法与流程

[0001]
本发明属于电气设备故障诊断技术领域，特别涉及基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法。


背景技术：

[0002]
在过去的几十年中，油浸式电力套管绝缘的状态预测和故障诊断问题引起了国内外学者的广泛关注。基于介电响应技术评估套管绝缘的运行状态近几年被业内学者证实为有效的方法。介电响应可以根据测试域的不同进一步分为时域介电响应和频域介电响应，时域介电响应的缺点主要是抗干扰能力差，这与频域介电响应抗干扰能力强的特点形成了鲜明的对比，因此，频域介电响应更有利于应用于评估套管绝缘的运行状态。目前的研究报道了基于频域介电技术的套管绝缘状态预测的两种典型方法，第一种方法是从频域介电谱(frequency domain spectroscopy,fds)曲线中提取相关参数；另一种方法是通过建立等效电路模型来提取相关参数。上述两种方法的关键思想均是通过研究相关参数随绝缘状态的变化规律，从而实现对套管绝缘老化程度或水分含量(mc％)的状态预测。然而，相关研究表明，fds曲线中包含的老化信息易被越来越多的水分所掩盖。因此，难以区分fds数据随水分和老化程度变化的规律。如果进行状态预测时不能有效区分mc％和老化程度对fds数据的影响，将产生不可靠的预测结果。现有的大多数研究在预测老化程度方面都不尽如人意，但是，研究人员对油-纸绝缘的老化程度和mc％依然很感兴趣。许多研究表明，灰色关联分析技术是克服上述问题的方法之一。灰色关联分析的关键思想主要是比较未知样本和目标样本所对应的指纹数据的相似性。指纹数据由一些典型的参数来表示，这些参数可以定量表征绝缘材料的老化程度和mc％。匹配度最高的目标样本的绝缘状态即可视为灰色关联分析的预测结果。这种方法意味着需要提前准备不同绝缘状态的目标样本。但是，一旦需要更精确的状态预测结果时，就需要准备更多的目标样本。实际上，这种操作存在的问题有：材料消耗、制备时间和精度等，因此，建立一个具有足够指纹数据的数据库是相当困难的。
[0003]
鉴于上述问题，本发明的目的是提出一种建立具有足够指纹数据的拟合指纹数据库的方法，从而实现对现场套管绝缘绝缘状态的预测。在本发明中，提取了具有不同绝缘状态油浸绝缘纸板的指纹数据，根据指纹数据与绝缘状态之间的明显变化规律并建立了相应的函数关系，利用函数关系计算拟合指纹数据，从而构造拟合指纹数据库。通过对油浸绝缘纸板和现场套管实例的状态预测，验证了拟合指纹数据库的准确性。拟合指纹数据库能被用作现场套管绝缘状态预测的有力工具，其概念能够为现场套管绝缘的状态预测提供了一种新的思路。


技术实现要素：

[0004]
本发明的目的在于提供基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法，预测更为方便且准确，使电力系统运行更加可靠、安全、稳定。
[0005]
为实现上述目的，本发明提供了一种基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘
状态方法，包括以下步骤：
[0006]
(1)制备不同绝缘状态的油浸绝缘纸板样品，对油浸绝缘纸板样品进行频域介电谱测试，得到fds曲线；
[0007]
(2)采用分段积分的方法，对步骤(1)中所测得的fds曲线分频段积分，得到不同绝缘状态的油浸绝缘纸板样品的分段积分值并作为拟合指纹；
[0008]
(3)根据步骤(2)计算出的分段积分值，分别以水分、老化程度作为变量，拟合指纹作为因变量构建拟合方程，利用曲面拟合技术构建拟合曲面；
[0009]
(4)通过绝缘油的直流电导率，选取积分频段建立辅助拟合指纹；
[0010]
(5)同步骤(3)操作一致，根据绝缘油的直流电导率构建辅助拟合方程及拟合曲面；
[0011]
(6)利用步骤(1)中制备的样品及步骤(3)、(5)指纹数据拟合曲面，建立标准状态拟合指纹数据库；
[0012]
(7)构建模糊模式识别算法；
[0013]
(8)通过步骤(7)中的算法及步骤(6)中的标准状态拟合指纹数据库，对实验室油浸绝缘纸板及现场套管进行状态预测验证。
[0014]
优选的，上述基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法中，所述步骤(2)中，对fds曲线分频段积分的数学表达式为：
[0015][0016]
式中，tanδ(f)代表fds曲线，f为频率段，a
1
～a
6
代表频率分段。
[0017]
优选的，上述基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法中，所述步骤(3)中，拟合方程为：
[0018][0019][0020][0021]
式中，x代表老化程度，y代表含水量，f
1-3
为等式计算值，b
i
、c
i
、d
i
(i＝1～11) 为参数拟合值。
[0022]
上述基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法中，所述步骤(4) 中，由于水分和老化的相互补偿效应，不同绝缘状态下的样品可能具有相似的 fds曲线，因此，需要提供一种新的测量方法用于区分老化或水分对fds曲线的影响。绝缘油的直流电导率同样受到老化及水分的影响，则选择绝缘油的直流电导率作为一种辅助拟合指纹。
[0023]
优选的，上述基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法中，所述步骤(5)中，辅助拟合方程为：
[0024][0025]
式中，x代表老化程度，y代表含水量，f
4
为等式计算值、e
k
(k＝1～13)。
[0026]
优选的，上述基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法中，所述步骤(7)中，模糊模式识别算法是基于最小二乘算法对数据之间的欧式距离进行判断，表达式为：
[0027]
d(x,ts)＝1-n(x,ts)
[0028]
式中，x代表未知样本，ts代表标准状态，d(x,ts)为欧式距离，n(x,ts) 为接近度，计算表达式为：
[0029][0030]
式中，n＝4，s(i)为通过实测fds曲线计算得到的指纹数据，f(i)为所建立的拟合指纹库中的数据；
[0031]
通过比较未知样本x和每个标准状态ts之间的欧氏距离d(x,ts)来实现模式识别，通过判断接近度n(x,ts)来比较d(x,ts)，当d(x,ts)越接近时，n(x,ts) 越高，则x和ts之间的相似性越高。
[0032]
频域介电谱(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。
[0033]
fds测量套管绝缘就是将常规的中频介损和电容测量扩展到低频和高频频段，例如扩展到10-4
hz到10
4
hz，从而可反映出更宽频域范围内的极化和损耗情况。这些频域参量与套管固体绝缘的含水量以及老化程度息息相关，通过这些频域参量与绝缘老化状态之间的关系，对套管绝缘的老化状态进行判断。
[0034]
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0035]
本发明通过基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法，有效避免了现有的利用指纹数据库对套管油纸绝缘状态预测中存在的因样品制备精度不足或样本数量不够导致预测不精准问题，使基于频域介电谱技术的状态预测更为方便且准确的运用于套管绝缘的状态评估，进而判断其剩余寿命，有助于发现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
[0036]
图1是本发明实施例的基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法流程示意图。
[0037]
图2是本发明实施例的由拟合指纹构建的拟合曲面：(a)、(b)、(c)分别代表三个拟
合指纹的拟合曲面。
[0038]
图3是本发明实施例的由辅助拟合指纹构建的拟合曲面。
具体实施方式
[0039]
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。
[0040]
实施例
[0041]
本实施例的基于拟合指纹数据库预测现场套管油纸绝缘状态方法，流程如图1所示，具体包括以下步骤：
[0042]
(1)通过可控的实验室环境，制备一批不同绝缘状态(水分及老化程度) 的油浸绝缘纸板样品，具体制备步骤为：首先将试验用绝缘油及绝缘纸板在高温真空的环境下进行真空干燥，将干燥完成的油、纸放在一起于真空的环境下浸油，然后，通过高温加速热老化及吸潮静置操作，最终得到含水量范围在 0.5％～6％，老化程度区间处于1300～200的一批油浸绝缘纸板样品；通过 dirana仪器对油浸绝缘纸板样品进行频域介电谱(fds)测试以获取fds曲线；
[0043]
(2)采用分段积分的方法，对步骤(1)中所测得的fds曲线进行积分，得到不同绝缘状态油浸绝缘纸板的分段积分值并作为拟合指纹，fds曲线进行积分数学表达式如下：
[0044][0045]
式中，tanδ(f)代表fds曲线，f为频率段，a
1
～a
6
代表频率分段，频率范围为10-5
～10
5
hz；
[0046]
(3)根据步骤(2)计算出的分段积分值，分别以水分、老化程度作为变量，拟合指纹作为因变量构建拟合方程，利用曲面拟合技术构建拟合曲面，如图2所示，拟合方程为：
[0047][0048][0049][0050]
式中，x代表老化程度，y代表含水量，f
1-3
为等式计算值，b
i
、c
i
、d
i
(i＝1～11) 为参数拟合值。
[0051]
(4)通过绝缘油的直流电导率，选取积分频段建立辅助拟合指纹；
[0052]
(5)同步骤(3)操作一致，根据绝缘油的直流电导率构建辅助拟合方程及拟合曲
面，如图3所示，辅助拟合方程为：
[0053][0054]
式中，x代表老化程度，y代表含水量，f
4
为等式计算值、e
k
(k＝1-13)。
[0055]
(6)利用步骤(1)中制备的样品及步骤(3)、(5)指纹数据拟合曲面，建立标准状态拟合指纹数据库，具体操作如下：每种目标状态包含四个指纹，即三个拟合指纹及一个辅助拟合指纹，根据拟合指纹方程计算待测绝缘样品的四个指纹，与标准状态相比具有相似指纹数据的被识别为同一个绝缘状态；因此，不需要预置太多的目标状态，老化程度和含水量的步长值分别预置为一定的范围，本实施例中老化程度的步长值为1300～200，含水量的步长值为 0.5％～6％，形成标准状态拟合指纹数据库；
[0056]
(7)构建模糊模式识别算法，模糊模式识别算法是基于最小二乘算法对数据之间的欧式距离进行判断，表达式为：
[0057]
d(x,ts)＝1-n(x,ts)
[0058]
式中，x代表未知样本，ts代表标准状态，d(x,ts)为欧式距离，n(x,ts) 为接近度，计算表达式为：
[0059][0060]
式中，n＝4，s(i)为通过实测fds曲线计算得到的指纹数据，f(i)为所建立的拟合指纹库中的数据；
[0061]
通过比较未知样本(x)和每个标准状态(ts)之间的欧氏距离d(x,ts)来实现模式识别，通过判断接近度n(x,ts)来比较d(x,ts)，当d(x,ts)越接近时， n(x,ts)越高，则x和ts之间的相似性越高；
[0062]
(8)通过步骤(7)中的算法及步骤(6)中的标准状态拟合指纹数据库，对实验室油浸绝缘纸板及现场套管进行状态预测验证，实验室油浸绝缘纸板实测值与预测评估值见表1，实测值与评估值接近；对现场套管进行预测，已知所选测套管已运行13年，在正常运行环境下的运行寿命为30年，其使用寿命处于中期，对该套管进行预测，预测结果见表2，套管主绝缘中固体绝缘的dp 值在800左右，预测结果显示该套管的使用寿命处于中期，与实际情况一致，说明该方法的有效性。
[0063]
表1实验室油浸绝缘纸板实测数据和评估数据
[0064][0065]
表2现场套管预测数据
[0066][0067]
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。