CN105740582B - 一种复合绝缘子老化状态预测方法 - Google Patents

一种复合绝缘子老化状态预测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种复合绝缘子老化状态预测方法，建立了陷阱参数(陷阱电荷量)关于环境因素(污秽程度、湿度和紫外强度)及运行年限的多维预测模型，测试多个试样的陷阱电荷量，并根据复合绝缘子运行环境和运行年限，计算出各环境因素的等效当量时间，从而确定了预测公式，得到了环境因素对复合绝缘子老化的影响因子。该方法明确了复合绝缘子硅橡胶材料空间电荷陷阱参数与运行时间、运行环境等因素的关系，能够准确的预测复杂环境因素中运行复合绝缘子随运行时间的老化趋势，与实际测试值对比可知，预测值误差小，预测误差在16％以内，有较好的评估效果。

Description

一种复合绝缘子老化状态预测方法
技术领域
本发明属于电压与绝缘技术领域，特别涉及一种复合绝缘子老化状态预测方法。
背景技术
统计结果表明，复合绝缘子绝缘性能的下降，绝大多数情况是由硅橡胶材料的老化造成的。而硅橡胶材料自身的老化是微观的变化过程，因此采用宏观的电气特性与机械特性试验方法往往无法准确地描述其老化过程和状态，更加无法预测其未来老化趋势。
热刺激电流法(TSC)是目前研究复合绝缘子老化状态较为先进的方法，该方法能够获得运行复合绝缘子硅橡胶材料的空间电荷陷阱参数。但该测试方法所获得的结果无法直接应用于预测运行复合绝缘子未来的老化趋势。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种复合绝缘子老化状态预测方法。
一种复合绝缘子老化状态预测方法，包括以下步骤，
1)基于环境因素和时间因素的情况下，并基于以下两点假设：
①所选取的复合绝缘子试样初始状态是一致的，其老化的速率与影响因子的权重相关；
②老化过程中各影响因子对复合绝缘子材料性能的影响是相互独立的；
提出复合绝缘子的陷阱电荷量关于环境因素与时间因素的多维预测模型：
Qtsc＝S+A1ln(1+B1X)+A2ln(1+B2Y)+A3ln(1+B3Z)
所述环境因素包括湿度、污秽度和紫外强度；所述时间因素为运行年限；
其中，Qtsc为复合绝缘子试样的陷阱电荷量预测值；S为复合绝缘子试样的陷阱电荷量初始值；X、Y、Z分别是湿度、污秽度和紫外强度的等效当量时间，计算方法如下：
X＝湿度*运行年限/100；式中100表示湿度的百分比；
Y＝污秽等级*运行年限/1；其中污秽等级取值为1，2，3，4或5，依次对应GB/T16434—1996中划分的污秽等级0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ五级；式中1表示污秽等级基数；
Z＝紫外强度等级*运行年限/1；其中紫外强度等级取值为1，2，3或4，依次对应紫外线指数为3-4，5-6，7-9和≥10四个等级；此为参考祝青林等，中国紫外辐射的空间分布特征，《资源科学》，2005，27(1)，根据紫外线指数划分为五个等级，其中，由于一级紫外强度(紫外线指数为0-2)辐射当量过小，不符合复合绝缘子现场运行状况，不予考虑；式中1表示紫外强度等级基数。
A1、A2、A3分别是湿度、污秽度和紫外强度对复合绝缘子陷阱电荷量影响的显著性参数；B1、B2、B3分别是复合绝缘子对湿度、污秽度和紫外强度的抗老化能力参数；
2)选取多个处于不同环境因素及时间因素的复合绝缘子试样，测试该多个复合绝缘子试样的陷阱电荷量Q，并计算X、Y和Z的值，所得结果对多维预测模型进行拟合，得出基于X、Y和Z的复合绝缘子老化状态预测公式；
3)对待测复合绝缘子试样老化状态的预测：输入待测复合绝缘子试样所处环境的湿度、污秽等级和紫外强度等级，及其运行年限，得出该环境因素下复合绝缘子陷阱电荷量关于运行年限的曲线图，以及待测复合绝缘子试样的Qtsc，根据Qtsc判别其老化等级，根据曲线图预测待测复合绝缘子试样的老化趋势；
其中，复合绝缘子老化等级的陷阱电荷量分级标准为：一级0＜Qtsc≤97.78nC；二级97.78＜Qtsc≤217.37nC；三级217.37＜Qtsc≤283.98nC；四级Qtsc＞283.98nC。
步骤2)中，选取了6个处于不同环境因素及时间因素的复合绝缘子试样，试样信息如下表：
该6个复合绝缘子试样的陷阱电荷量实测值Q和X、Y、Z的值如下表：
利用试样1-6的数据对多维预测模型进行拟合，得到复合绝缘子老化状态预测公式为：
Qtsc＝73.17+30ln(1+0.8X)+20ln(1+0.75Y)+5.3ln(1+0.72Z)。
由预测公式可知，湿度对复合绝缘子老化的影响最大，污秽度次之，紫外强度最小，得到环境因素中的湿度、污秽度和紫外强度对复合绝缘子老化的影响因子分别为5.4、3.6和1.0。
本发明的有益效果为：
本发明提出一种运行复合绝缘子老化状态的预测方法，建立了陷阱参数(陷阱电荷量)关于环境因素(污秽程度、湿度和紫外强度)及运行年限的多维预测模型，测试多个试样的陷阱电荷量，并根据复合绝缘子运行环境和运行年限，计算出各环境因素的等效当量时间，从而确定了预测公式，得到了环境因素对复合绝缘子老化的影响因子。该方法明确了复合绝缘子硅橡胶材料空间电荷陷阱参数与运行时间、运行环境等因素的关系，能够准确的预测复杂环境因素中运行复合绝缘子随运行时间的老化趋势，与实际测试值对比可知，预测值误差小，预测误差在16％以内，有较好的评估效果。
附图说明
图1为一级老化复合绝缘子扫描电镜结果；
图2为二级老化复合绝缘子扫描电镜结果；
图3为三级老化复合绝缘子扫描电镜结果；
图4为四级老化复合绝缘子扫描电镜结果；
图5为复合绝缘子老化状态评估系统界面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
一种复合绝缘子老化状态预测方法，包括以下步骤，
1)基于环境因素和时间因素的情况下，基于以下两点假设：
①所选取的复合绝缘子试样初始状态是一致的，其老化的速率与影响因子的权重相关；
②老化过程中各影响因子对复合绝缘子材料性能的影响是相互独立的；
提出复合绝缘子的陷阱电荷量关于环境因素及时间因素的多维预测模型：
Qtsc＝S+A1ln(1+B1X)+A2ln(1+B2Y)+A3ln(1+B3Z)
所述环境因素包括湿度、污秽度和紫外强度；所述时间因素为运行年限；
其中，Qtsc为复合绝缘子试样的陷阱电荷量预测值；S为复合绝缘子试样的陷阱电荷量初始值；X、Y、Z分别是湿度、污秽度和紫外强度等效当量时间，计算方法如下：
X＝湿度*运行年限/100；
Y＝污秽等级*运行年限/1；其中污秽等级取值为1，2，3，4或5，依次对应GB/T16434—1996中划分的污秽等级0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ五级；
Z＝紫外强度等级*运行年限/1；其中紫外强度等级取值为1，2，3或4，依次对应紫外线指数为3-4，5-6，7-9和≥10四个等级；高原地区取值为3或4，平原地区取值为1或2；
2)选取了6个处于不同环境因素与时间因素的复合绝缘子试样，试样信息如表1所示：
表1
该6个复合绝缘子试样的陷阱电荷量实测值Q，以及X、Y和Z的值如表2所示：
表2
试样1-6的数据对多维预测模型进行拟合，得到复合绝缘子老化状态预测公式：
Qtsc＝73.17+30ln(1+0.8X)+20ln(1+0.75Y)+5.3ln(1+0.72Z)
利用上述复合绝缘子老化状态预测公式计算出该6个复合绝缘子试样的陷阱电荷量预测值Qtsc，与实际测试值对比可知，预测值误差小，预测误差在7％以内，复合绝缘子老化状态预测公式可以应用于复合绝缘子老化状态的预测；
3)对待测复合绝缘子试样老化状态的预测：复合绝缘子老化状态评估系统界面中，如图5所示，输入待测复合绝缘子试样所处环境的湿度、污秽等级和紫外强度等级，及其运行年限，得出该环境因素下复合绝缘子陷阱电荷量关于运行年限的曲线图，以及待测复合绝缘子试样的Qtsc，根据Qtsc判别其老化等级，根据曲线图预测待测复合绝缘子试样的老化趋势；
其中，复合绝缘子老化等级的陷阱电荷量分级标准为：一级0＜Qtsc≤97.78nC，如图1所示，一级老化状态下的复合绝缘子试样有轻微裂缝和孔洞；二级97.78＜Qtsc≤217.37nC，如图2所示，二级老化状态下的复合绝缘子试样出现较大孔洞；三级217.37＜Qtsc≤283.98nC，如图3所示，三级老化状态下的复合绝缘子试样出现较多裂缝及孔洞；四级Qtsc＞283.98nC，如图4所示，四级老化状态下的复合绝缘子试样出现大裂缝，且孔洞及裂缝密度大。
实施例
选取了多个处于不同环境因素与时间因素的复合绝缘子试样，试样信息如表3所示：
表3
根据预测公式得出该多个复合绝缘子试样的陷阱电荷量预测值Qtsc，并测试试样陷阱电荷量的实测值Q，如表4所示，误差在16％以内，具有较好的预测效果。
表4
根据陷阱电荷量预测值Qtsc确定待测试样的老化等级，并由复合绝缘子老化状态评估系统界面中所得陷阱电荷量与运行年限的曲线图，预测该复合绝缘子随时间的老化趋势。

Claims (2)

1.一种复合绝缘子老化状态预测方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)基于环境因素和时间因素的情况下，并基于以下两点假设：
①所选取的复合绝缘子试样初始状态是一致的，其老化的速率与影响因子的权重相关；
②老化过程中各影响因子对复合绝缘子材料性能的影响是相互独立的；
提出复合绝缘子的陷阱电荷量关于环境因素与时间因素的多维预测模型：
Qtsc＝S+A1ln(1+B1X)+A2ln(1+B2Y)+A3ln(1+B3Z)
所述环境因素包括湿度、污秽度和紫外强度；所述时间因素为运行年限；
其中，Qtsc为复合绝缘子试样的陷阱电荷量预测值；S为复合绝缘子试样的陷阱电荷量初始值；X、Y、Z分别是湿度、污秽度和紫外强度的等效当量时间，计算方法如下：
X＝湿度*运行年限/100；
Y＝污秽等级*运行年限/1；其中污秽等级取值为1，2，3，4或5，依次对应GB/T 16434—1996中划分的污秽等级0、Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ五级；
Z＝紫外强度等级*运行年限/1；其中紫外强度等级取值为1，2，3或4，依次对应紫外线指数为3-4，5-6，7-9和≥10四个等级；
A1、A2、A3分别是湿度、污秽度和紫外强度对复合绝缘子陷阱电荷量影响的显著性参数；B1、B2、B3分别是复合绝缘子对湿度、污秽度和紫外强度的抗老化能力参数；
2)选取多个处于不同环境因素及时间因素的复合绝缘子试样，测试该多个复合绝缘子试样的陷阱电荷量Q，并计算X、Y和Z的值，所得结果对多维预测模型进行拟合，得出基于X、Y和Z的复合绝缘子老化状态预测公式；
3)对待测复合绝缘子试样老化状态的预测：输入待测复合绝缘子试样所处环境的湿度、污秽等级和紫外强度等级，及其运行年限，得出该环境因素下复合绝缘子陷阱电荷量关于运行年限的曲线图，以及待测复合绝缘子试样的Qtsc，根据Qtsc判别其老化等级，根据曲线图预测待测复合绝缘子试样的老化趋势；
其中，复合绝缘子老化等级的陷阱电荷量分级标准为：一级0＜Qtsc≤97.78nC；二级97.78＜Qtsc≤217.37nC；三级217.37＜Qtsc≤283.98nC；四级Qtsc＞283.98nC。
2.根据权利要求1所述一种复合绝缘子老化状态预测方法，其特征在于，步骤2)中选取了6个处于不同环境因素与时间因素的复合绝缘子试样，试样信息如下表：
该6个复合绝缘子试样的Qtsc值和X、Y、Z的值如下表：
利用试样1-6的数据对多维预测模型进行拟合，得到复合绝缘子老化状态预测公式为：
Qtsc＝73.17+30ln(1+0.8X)+20ln(1+0.75Y)+5.3ln(1+0.72Z)。
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