CN106443129A

CN106443129A - 一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法

Info

Publication number: CN106443129A
Application number: CN201610854214.4A
Authority: CN
Inventors: 刘骥; 陈昕; 张明泽; 赵明云; 宗榜馗
Original assignee: Harbin University of Science and Technology
Current assignee: Harbin University of Science and Technology
Priority date: 2016-09-26
Filing date: 2016-09-26
Publication date: 2017-02-22

Abstract

本发明涉及一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法。本发明提供一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法。根据试验测试所得极化去极化电流，运用Debye模型将其转化成各支路松弛电流叠加形式；利用去极化电流叠加表达式得到松弛介电响应函数，将松弛介电响应函数与全电流表达式相结合，经过递推关系，可得到回复电压的表达式。本发明在绝缘检测上节约时间和成本，可实现两种时域介电方法间的快速转化，计算方法方便。

Description

一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法

技术领域

本发明涉及一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法。

背景技术

电气设备及绝缘材料的老化状态直接影响到电力系统安全稳定的运行，工程上通常采用测量由绝缘系统老化而引起的理化和电气性能参数的变化来对电气设备及绝缘材料的老化状态进行评估，但是单一的数据分析不能明确说明绝缘内部老化变化状态、有些破坏性试验不利于实现现场检测。

介质响应测量技术是研究电介质极化特性的一种方法，是变压器绝缘老化无损检测手段的一种，具有抗干扰性强，携带信息丰富等优点。其中包括时域法的极化去极化电流法和回复电压法得到的绝缘老化信息更能有效地判断电气设备及绝缘材料内绝缘状态的变化趋势。

现阶段对电气设备及绝缘材料的检测仍依赖于回复电压检测仪（如RVM5462），且测试速率较慢。相对而言，电气设备及绝缘材料极化去极化电流更容易检测。本发明采用数值计算的方法，根据试验测试得到的极化去极化电流快速转换成回复电压，减少了现场测试时间且获得两种时域方法下的绝缘监测数据。研究由去极化电流到回复电压的转换方法，不但可以丰富老化特征参量的提取，有利于分析电气设备及绝缘材料老化程度，便于建立寿命评估标准，还可以缩短现场测量时间、减少测试对象长时间停运带来的经济损失。

本发明基于极化去极化电流试验，获得一定充放电时间条件下的极化去极化电流；应用Debye模型，将测试得到的去极化电流转换成各支路松弛电流叠加形式，利用去极化电流叠加表达式得到松弛介电响应函数，将松弛介电响应函数与全电流表达式相结合，经过递推关系，简化整理求得最后回复电压表达式。

发明内容

本发明提供了一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

回复电压的数值计算方法包括如下步骤。

应用介质中全电流密度表达式、在已知两电极极间距、外加电压的情况下，可得到全电流为：

其中：为介电常数高频分量；为慢极化行为的响应函数；γ为电介质的体积电导率；为真空介电常数，；其中：为两电极间几何电容；U(t)为外施电压函数。

将待测试样放入测试箱中，外加电压一定时间t₁，得到该试样的极化电流，然后断开电源，将试样短路一定时间，得到其去极化电流，记录数据。

应用Debye模型，将去极化电流转换成各支路松弛电流叠加形式，应用指数拟合的方法，求取、A _i的值，可得到测试去极化电流的数学表达式。

去极化电流的数学表达式：，其中：是不同介质或不同极化的松弛时间常数；A _i是与充电电压、充电时间t _c及相关松弛支路参数共同决定的常量。

利用去极化电流叠加表达式得到松弛介电响应函数，根据松弛介电响应函数与全电流表达式的关系，得到回复电压满足的基本表达式，其中介质响应

函数表达式为：。

将上述回复电压表达式经递推关系后可得：

本发明采用上述方案：可将试验测试所得到的极化去极化电流转化为回复电压，丰富老化特征参量的提取，有利于分析电气设备及绝缘材料老化程度，还可以缩短现场测量时间、减少测试对象长时间停运带来的经济损失。

附图说明：

图1数值计算方法流程图，

图2 Debye模型示意图，

图3数值计算所得回复电压曲线，

图4改变不同充电时间下的回复电压曲线，

图5 改变不同放电时间下的回复电压曲线，

图6改变不同充电电压下的回复电压曲线。

具体实施方式：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体试验，结合其附图，应用极化去极化电流转化成回复电压的数值计算方法包括如下步骤如流程图1所示。

应用介质中全电流密度表达式、在已知两电极极间距、外加电压的情况下，可得到全电流：

其中：为介电常数高频分量；f(t)为慢极化行为的响应函数；为电介质的体积电导率；为真空介电常数，；其中：为两电极间几何电容；为外施电压函数。

将干燥绝缘纸板放入测试箱中，外加电压250V直流电压，充电时间s，得到极化电流，试样短路时间s，得到去极化电流，记录数据。

应用Debye模型将试验测得去极化电流转变为各支路松弛电流叠加形式：，其中：是不同介质或不同极化的松弛时间常数；是与充电电压、充电时间及相关松弛支路参数共同决定的常量。拟合参数如表1所示。

表1

将拟合参数代入去极化电流叠加公式中得到去极化电流的代数方程，利用去极化电流叠加表达式得到松弛介电响应函数，根据松弛介电响应函数与全电流表达式的关系，得到回复电压满足的基本表达式其中介质响应函数表达式为：。

将上述回复电压表达经递推关系可得：

经数值计算可以将试验测试所得到的极化去极化电流数据转变为回复电压数据，如图3所示。

回复电压方程中的充电电压值分别为250v、500v、750v时计算得到回复电压曲线如图4所示。

回复电压方程中的充电时间分别为500s、1000s、1500s时计算得到回复电压曲线如图5所示。

回复电压方程的放同放电时间分别为20s、120s、220s时计算得到回复电压曲线如图6所示。

本发明未详述之处，均为本技术领域技术人员的公知技术，可将试验测试所得到的极化去极化电流转化为回复电压，丰富老化特征参量的提取，有利于分析电气设备及绝缘材料老化程度，还可以缩短现场测量时间、减少测试对象长时间停运带来的经济损失。

Claims

1.一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法，其特征在于：

（1）根据介质中全电流密度表达式可知，全电流由传导电流、真空位移电流、极化电流三部分组成；

其中，传导电流、真空位移电流与介质所处电场强度有关，而极化电流与介质极化强度有关；

在已知两电极极间距、外加电压的情况下，结合全电流密度和极化强度可得到全电流的表达式为：

其中：为两电极间几何电容，为电介质的体积电导率；为真空介电常数，，为介电常数高频分量，为松弛极化介电响应函数；

首先将测试对象放入测试箱中外接直流电压进行充电，外加电压一定时间t₁，可得到该试样的极化电流；然后将电源断开，将测试对象短接一定时间t₂，可得到其去极化电流；利用测得的去极化电流可以得到介质松弛响应函数表达形式；

（2）应用Debye模型将去极化电流转换成各支路松弛电流叠加形式，应用指数拟合的方法，求取、的值，得到去极化电流的数学表达式：

其中：是不同介质或不同极化的松弛时间常数；是与充电电压、充电时间及相关松弛支路参数共同决定的常量；

（3）结合松弛介电响应函数和各支路松弛电流叠加形式的去极化电流表达式，再将其综合于全电流方程，得到回复电压满足的基本表达式，其中介质响应函数表达式为：，将回复电压经递推关系可得：

。

2.根据权利要求1所述的一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法，其特征在于：上述应用Debye模型，将试验测试的去极化电流结果结合多指数拟合的方法，得到极化电流叠加表达式，即可得到松弛介电响应函数，再将松弛介电响应函数与全电流表达式相结合，经递推关系可得到回复电压表达式，如公式（3）所示。

3.根据权利要求1所述的一种电气设备及绝缘材料回复电压的数值计算方法，其特征在于：回复电压表达式中，回复电压求取过程中包含两部分积分，一是由介电响应函数决定的，另外一个采用定积分近似公式；选取步长,一般选取步长10s用来减少误差，同时计算结果准确性很大程度上取决介电响应函数的近似程度。