CN105353224B - 一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法，包括步骤1：对导体系统中所有的待测导体进行编号；步骤2：对导体系统进行单导体不接地测试；步骤3：对导体系统进行两导体不接地测试；步骤4：构建测量电容列向量；步骤5：构建待测电容列向量；步骤6：对待测电容列向量中各参数进行编码；步骤7：构建单导体不接地测试的系数矩阵；步骤8：对两导体不接地测试的测量电容进行编码；步骤9：构建两导体不接地测试的系数矩阵；步骤10：计算待测电容列向量的值。与现有技术相比，本发明提供的一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法，适用于多种大型电工装备的分布电容测试，可以有效抑制测量接线引入误差的影响。

Description

一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法

技术领域

本发明涉及高电压装备技术领域，具体涉及一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法。

背景技术

大型电工装备的支撑和屏蔽系统中包含多个结构复杂的金属部件，在特定布置形式下形成分布电容，需要采用一个复杂的n维矩阵进行表示。运行中的电工装备需要承受来自交、直流系统的操作、雷电、陡波等各种形式的冲击电压。分布电容的存在会导致冲击电压作用下，各功能单元电压分布不均匀，局部因承受电压过高而加速老化，甚至失效损坏。此外，分布电容与电工装备的结构紧密相关，在设计过程中，二者之间需要迭代优化。通过改变导体的几何形状、几何参数以及组部件布局方式，可以改善分布电容。

随着目前电工装备电压等级和输送容量的提升，结构体积日益增大，上述问题更为突出。为了准确获知分布电容的分布规律，需要开展试验测试，为上述优化和控制工作奠定基础。但多个导体间分布电容分布规律复杂，测量引入效应导致的误差需要进行控制和评估。

发明内容

为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法。

本发明的技术方案是：

所述方法包括：

步骤1：对所述导体系统中所有的待测导体进行编号；所述导体系统包括n+1个导体，n至少为1；

步骤2：对所述导体系统进行单导体不接地测试，得到n个测量电容值，所述测量电容值为

步骤3：对所述导体系统进行两导体不接地测试，得到N-n个测量电容值，所述测量电容值为N为所述导体系统中分布电容的数量，

步骤4：依据所述测量电容值，构建测量电容列向量C^m，

步骤5：依据所述测量电容列向量C^m构建待测电容列向量C^D；

步骤6：对所述待测电容列向量C^D中各参数进行编码，得到编码矩阵E^C；

步骤7：构建所述单导体不接地测试的系数矩阵K^a；

步骤8：对所述两导体不接地测试的测量电容进行编码，得到编号矩阵E^m；

步骤9：构建所述两导体不接地测试的系数矩阵K^b；

步骤10：依据所述测量电容列向量C^m、系数矩阵K^a和系数矩阵K^b计算待测电容列向量C^D的值。

优选的，所述步骤5中构建待测电容列向量C^D：

将所述测量电容列向量C^m中的上三角矩阵的各行元素依次转置后合并，得到所述待测电容列向量C^D＝[C_1,1…C_1,n,…,C_i,i…C_i,n,…,C_n,n]^T；

优选的，所述步骤6中对待测电容列向量C^D中各参数进行编码：

采用一个2行N列的矩阵E^C记录所述待测电容列向量C^D中待测电容c_i,j的下角标i和j的值，

优选的，所述步骤7中构建系数矩阵K^a：

将步骤1中编号后的n+1个导体中的第i个导体不接地，其余n个导体接地，则系数矩阵K^a中第i行第j列的元素值为：

其中，和为分别步骤6中对待测电容列向量C^D中各参数进行编码得到的编码矩阵E^C中第1行第j列的元素，以及第2行第j列的元素；所述K^a为n行N列的矩阵；

优选的，所述步骤8中对两导体不接地测试的测量电容进行编码：

依次选择步骤1中编号后的n+1个导体中的两个导体短接且不接地，其余的导体接地，对每次选择的导体组合进行编号，得到编号矩阵E^m，所述E^m为2行N-n列的矩阵；

优选的，所述步骤9中构建两导体不接地测试的系数矩阵K^b：

将步骤1中编号后的n+1个导体中的第i个导体和第j个导体短接且不接地，第i个导体和第j个导体构成的组合在步骤8中构建的测量电容的编号矩阵E^m中的第k行元素，则系数矩阵K^b中第k行第j列的元素值为：

①：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素包含有编码矩阵E^m中第k列中两个元素的任一个元素，则

②：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素没有包含有编码矩阵E^m中第k列中两个元素，则

③：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素与编码矩阵E^m中第k列中两个元素相同，则

优选的，所述步骤10中待测电容列向量C^D的计算公式为：

C^D＝K^-1×C^m (2)

其中，

与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：

1、本发明提供的一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法，适用于多种大型电工装备的分布电容测试，可以有效抑制测量接线引入误差的影响；

2、本发明提供的一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法，测试方法简洁、规范，便于使用计算机程序生成试验方案，便于流程化操作。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1：本发明实施例中一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法流程图；

图2：本发明实施例中测量引线引入误差电容示意图；

图3：本发明实施例中导体系统电容示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明提供的一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法的实施例如图1所示，具体为：

一、对导体系统中所有的待测导体进行编号。本实施例中导体系统包括n+1个导体，n至少为1。

在静电独立的多导体系统中，通常将各导体上的带电量与导体电位之间的关系通过两两导体之间的相互电容表示，即分布电容表示，本实施例中n+1个导体的多导体系统可以表示为：

其中，是参考地电位，(i＝1,2,……n)是对应导体的电位，q_i(i＝1,2,……n)是对应导体的带电量。C_i,0称为自有分布电容，即各导体与0号导体间的分布电容，C_i,j称为互有分布电容，即相应的两个导体间的分布电容，且C_i,j＝C_j,i。其中分布电容仅与系统中所有导体的几何形状、尺寸、相互位置以及介质的介电常数有关，与导体所带电量无关。

n+1个导体的多导体系统的分布电容的数量为：

二、对导体系统进行单导体不接地测试，得到n个测量电容值为其中m为measure的首字母，即C^m的含义为测量电容值。

本实施例中n+1个导体的多导体系统需要通过多次测量，构建N个线性无关的方程，构造方法为选取一个或几个导体“短接且不接地”作为一个电极，其余导体“短接且接地”作为另一电极。测量引线引入的误差不可忽略，在试验设计中需要进行控制。假设每个导体经1根测量引线连接至测量设备，多根测量引线的截面如图2所示，接地部分导体与不接地部分导体的连接线可视为相互绝缘的两个电极，相互临近形成误差电容，与系统分布电容形成的输入电容相并联，导致测量结果比实际结果偏高。由电容性质可知，两组测量引线数量差别越大，则有效相对面积越小，误差电容值越低。当导体数量较多时，选择“短接且不接地”导体数较少的组合，即可减小误差电容。

由排列组合性质可以知道，仅选择单个导体对其余导体的电容组合，以及某2个导体对其余导体的电容组合即可以构造出所需要的分布电容线性组合。即单导体不接地测试和两导体不接地测试。

三、对导体系统进行两导体不接地测试，得到N-n个测量电容值为

四、依据测量电容值，构建测量电容列向量C^m，

五、依据测量电容列向量C^m构建待测电容列向量C^D。

本实施例中将测量电容列向量C^m中的上三角矩阵的各行元素依次转置后合并，得到待测电容列向量C^D＝[C_1,1…C_1,n,…,C_i,i…C_i,n,…,C_n,n]^T。

六、对待测电容列向量C^D中各参数进行编码，得到编码矩阵E^C。

本实施例中E^C为一个2行N列的矩阵E^C，用于记录待测电容列向量C^D中待测电容C_i,i的下角标i和j的值，

七、构建单导体不接地测试的系数矩阵K^a。

将导体系统的n+1个导体中的第i个导体不接地，其余n个导体接地，则系数矩阵K^a中第i行第j列的元素值为：

其中，和为分别编码矩阵E^C中第1行第j列的元素，以及第2行第j列的元素；所述K^a为n行N列的矩阵。

八、对两导体不接地测试的测量电容进行编码，得到编号矩阵E^m。

依次选择导体系统的n+1个导体中的两个导体短接且不接地，其余的导体接地，对每次选择的导体组合进行编号，得到编号矩阵E^m，E^m为2行N-n列的矩阵。

九、构建两导体不接地测试的系数矩阵K^b。

将导体系统的n+1个导体中的第i个导体和第j个导体短接且不接地，第i个导体和第j个导体构成的组合在步骤8中构建的测量电容的编号矩阵E^m中的第k行元素，即第N-n种组合，则系数矩阵K^b中第k行第j列的元素值为：

①：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素包含有编码矩阵E^m中第k列中两个元素的任一个元素，则

②：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素没有包含有编码矩阵E^m中第k列中两个元素，则

③：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素与编码矩阵E^m中第k列中两个元素相同，则

十、依据测量电容列向量C^m、系数矩阵K^a和系数矩阵K^b计算待测电容列向量C^D的值。

待测电容列向量C^D的计算公式为：

C^D＝K^-1×C^m (4)

其中，

本发明中以图3所示的4导体的静电独立系统为例对上述导体系统分布电容的测试方法进行说明；如图3所示，该静电独立系统包括1～4号导体以及作为参考地电位的0号导体。其中，该系统共有10个分布电容，为了得到这些分布电容参数，需要进行10次电容测量得到10组分布电容的组合来求解各个分布电容参数。

1、首先按照表1顺序将各个导体分别接入电桥的正负两个接线端进行电容测量，得到测量电容列向量

表1

2、确定待测电容列向量C^D的表达式为：

C^D＝[C_1,1 C_1,2 C_1,3 C_1,4 C_2,2 C_2,3 C_2,4 C_3,3 C_3,4 C_4,4]^T (5)

3、对待测电容列向量C^D中各参数进行编码，得到编码矩阵E^C：

4、构建单导体不接地测试的系数矩阵K^a：

5、对两导体不接地测试的测量电容进行编码，得到编号矩阵E^m：

6、构建两导体不接地测试的系数矩阵K^b：

7、依据测量电容列向量C^m、系数矩阵K^a和系数矩阵K^b计算待测电容列向量C^D的值。求解公式(4)得到待测电容的值，其中，K为10行10列的矩阵。

最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

Claims (3)

1.一种大型电工装备导体系统分布电容的测试方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：对所述导体系统中所有的待测导体进行编号；所述导体系统包括n+1个导体，n至少为1；

步骤2：对所述导体系统进行单导体不接地测试，得到n个测量电容值，所述测量电容值为

步骤3：对所述导体系统进行两导体不接地测试，得到N-n个测量电容值，所述测量电容值为N为所述导体系统中分布电容的数量，

步骤4：依据所述测量电容值，构建测量电容列向量C^m，

步骤5：依据所述测量电容列向量C^m构建待测电容列向量C^D；

步骤6：对所述待测电容列向量C^D中各参数进行编码，得到编码矩阵E^C；

步骤7：构建所述单导体不接地测试的系数矩阵K^a；

步骤8：对所述两导体不接地测试的测量电容进行编码，得到编号矩阵E^m；

步骤9：构建所述两导体不接地测试的系数矩阵K^b；

步骤10：依据所述测量电容列向量C^m、系数矩阵K^a和系数矩阵K^b计算待测电容列向量C^D的值；

所述步骤7中构建系数矩阵K^a：

将步骤1中编号后的n+1个导体中的第i个导体不接地，其余n个导体接地，则系数矩阵K^a中第i行第j列的元素值为：

其中，和为分别步骤6中对待测电容列向量C^D中各参数进行编码得到的编码矩阵E^C中第1行第j列的元素，以及第2行第j列的元素；所述K^a为n行N列的矩阵；

所述步骤9中构建两导体不接地测试的系数矩阵K^b：

将步骤1中编号后的n+1个导体中的第i个导体和第j个导体短接且不接地，第i个导体和第j个导体构成的组合在步骤8中构建的测量电容的编号矩阵E^m中的第k行元素，则系数矩阵K^b中第k行第j列的元素值为：

①：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素包含有编码矩阵E^m中第k列中两个元素的任一个元素，则

②：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素没有包含有编码矩阵E^m中第k列中两个元素，则

③：若编码矩阵E^C中第j列的两个元素与编码矩阵E^m中第k列中两个元素相同，则

所述步骤5中构建待测电容列向量C^D：

将所述测量电容列向量C^m中的上三角矩阵的各行元素依次转置后合并，得到所述待测电容列向量C^D＝[C_1,1…C_1,n,…,C_i,i…C_i,n,…,C_n,n]^T；

所述步骤10中待测电容列向量C^D的计算公式为：

C^D＝K^-1×C^m (2)

其中，

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤6中对待测电容列向量C^D中各参数进行编码：

采用一个2行N列的矩阵E^C记录所述待测电容列向量C^D中待测电容c_i,j的下角标i和j的值，

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤8中对两导体不接地测试的测量电容进行编码：

依次选择步骤1中编号后的n+1个导体中的两个导体短接且不接地，其余的导体接地，对每次选择的导体组合进行编号，得到编号矩阵E^m，所述E^m为2行N-n列的矩阵。