CN106777609B - 基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法，包括步骤：步骤1，根据变压器内部结构，采用有限元法建立变压器内部绝缘结构的有限元模型；步骤2，以油浸纸电阻率为自变量，以变压器整体的稳定绝缘电阻为因变量，基于有限元模型进行有限元计算，构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻间的数值关系模型，步骤3，根据变压器油电阻率和稳定绝缘电阻的实际值，基于数值关系模型，采用二分法对油浸纸电阻率进行反演。本发明方法精确度高，还可避免取样测量的诸多不便、分散性大以及对绝缘结构造成损伤等不足。

Description

基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法

技术领域

本发明涉及油浸式电力变压器油浸纸老化状态评估技术，尤其涉及一种基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法。

背景技术

变压器需要长期运行，不可能完全避免发生故障和事故。引发变压器故障和事故的原因是多方面的，特别是电力变压器长期运行后造成的绝缘老化、材质劣化，已成为导致变压器发生故障的主要因素。由于绝缘材料长期工作在高温高压条件下，随着运行时间的增长，其物理、化学和机电性能逐渐下降，当发展到一定程度后导致绝缘损坏，从而造成事故的发生。

对于油浸式变压器而言，其内绝缘主要有两种材料：液体绝缘材料(变压器油)和固体绝缘材料(油浸纸)。这些材料在老化的过程中，其各项材料参数，如电阻率等也会之发生变化。因而可以用电阻率来评估其老化状态。在这两种材料中，变压器油的绝缘状态可以直接取样进行测量分析，而油浸纸取样需要开箱吊芯，不仅操作不便，而且会对绝缘产生损伤，代价较高，另外也存在一定的分散性。

有限元数值仿真技术可以根据变压器的内部绝缘结构，以油浸纸和变压器油的电阻率为输入参数，通过仿真计算得到变压器整体的稳定绝缘电阻。而变压器油的电阻率、稳定绝缘电阻都是可以直接方便测量的物理量。同时，在变压器油电阻率固定的情况下，油浸纸电阻率与变压器稳定绝缘电阻之间是连续单调递增关系。因此可以借助数值计算建立起油浸纸电阻率与整体稳定绝缘电阻的关系，以稳定绝缘电阻和变压器油为输入量对油浸纸电阻率进行反演计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，建立有限元模型：

根据变压器内部结构，采用有限元法建立变压器内部绝缘结构的有限元模型；所构建的有限元模型包括绕组、绕组外包油浸纸、油道、纸板等变压器内部基本结构；

步骤2，建立油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻间的数值关系模型：

以油浸纸电阻率为自变量，以变压器整体的稳定绝缘电阻为因变量，基于有限元模型进行有限元计算，构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻间的数值关系模型，数值关系模型中，变压器油电阻率作为固定参数；

步骤3，采用二分法反演油浸纸电阻率：

根据变压器油电阻率和稳定绝缘电阻的实际值，基于数值关系模型，采用二分法对油浸纸电阻率进行反演，具体包括以下子步骤：

3.1设置油浸纸电阻率初步的最大值ρ_max和最小值ρ_min；

3.2根据给定的变压器油电阻率，结合数值关系模型，分别计算ρ_max和ρ_min对应的稳定绝缘电阻的理论值R_max、R_min；比较R_max、R_min与稳定绝缘电阻的实际值R_r，若R_r在范围[R_max,R_min]内，执行子步骤3.3；若R_r小于R_min，按预设步长减小ρ_min，重复本步骤；若R_r大于R_max，按预设步长增大ρ_max，重复本步骤；

3.3以ρ_max和ρ_min的中间值ρ_a为油浸纸电阻率，结合数值关系模型，计算ρ_a对应的稳定绝缘电阻的理论值R_a；

3.4判断R_a与R_r间的相对误差是否小于预设的迭代终止误差阈值δ，若小于，则ρ_a为油浸纸电阻率；否则，继续比较R_a与R_r，若R_a大于R_r，则将ρ_a值赋给ρ_max，重新执行子步骤3.3；若R_a不大于R_r，则将ρ_a值赋给ρ_min，重新执行子步骤3.3。

步骤2中所述的构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻的数值关系模型，具体为：

在有限元软件中，设置一系列油浸纸电阻率；在各油浸纸电阻率下，耦合变压器高压部分导体表面节点的电位，向节点注入1A电流，变压器接地部分加载0电位；通过有限元计算得到节点的电位数值，其值即稳定绝缘电阻值；根据各油浸纸电阻率及各油浸纸电阻率下计算的稳定绝缘电阻值，构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻的数值关系模型。

和现有技术相比，本发明具有如下特点：

油浸式电力变压器运行过程中，油浸纸作为其内部主要的固体绝缘材料，长期工作在高温度、高电压的条件下。随着运行时间的增长，其物理、化学和机电性能会逐渐发生劣化。这些变化中包括电阻率的变化，因此可采用电阻率来评估油浸纸绝缘的老化状态。

本发明可根据油浸式变压器的稳定绝缘电阻和变压器油电阻率，反演得到油浸纸电阻率，精确高；还可避免取样测量的诸多不便、分散性大以及对绝缘结构造成损伤等不足。

附图说明

图1是本发明方法的具体流程示意图；

图2是实施例中所建立的有限元模型。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实时方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

以某110kV油浸式变压器为例，阐述其油浸纸电阻率的反演过程。其中，稳定绝缘电阻给定值为高低压侧同时加压、箱体接地方式下的稳定绝缘电阻，变压器油电阻率和油浸纸电阻率的实际值以及迭代终止误差阈值δ设置见表1。

表1各电气参数实际值

本实施例的具体步骤如下：

步骤(1)中，根据变压器内部结构，采用有限元软件建立变压器内部绝缘结构的有限元模型，见图2。有限元模型包括绕组、绕组外包油浸纸、油道、纸板、静电环等内部基本结构。

步骤(2)中，以油浸纸电阻率为自变量，以变压器整体的稳定绝缘电阻为因变量，建立油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻间的数值关系模型。

本步骤的具体实现方式为：

在有限元软件中，设置一系列油浸纸电阻率；在各油浸纸电阻率下，耦合高压部分导体表面节点的电位，向节点注入1A电流，箱体、铁芯等接地部分加载0电位。通过有限元计算得到节点的电位数值，其值即绝缘电阻值。根据各油浸纸电阻率及各油浸纸电阻率下计算的稳定绝缘电阻值，构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻的数值关系模型。

步骤(3)中，子步骤3.1和子步骤3.2中，所设置的油浸纸电阻率初步的最大值ρ_max和最小值ρ_min以及对应的稳定绝缘电阻理论值R_max、R_min见表2。

表2油浸纸电阻率初步的最大值、最小值及对应的稳定绝缘电阻理论值

表2中R_min大于表1中稳定绝缘电阻的实际值R_r，因此将ρ_min减小至1×10¹²Ω·m。重新计算，得到对应的R_min为2.478×10⁹Ω，此时R_r介于R_max和R_min间，当前ρ_max和ρ_min的值满足要求。

步骤(3)中，子步骤3.3和子步骤3.4中，各次迭代中的ρ_max、ρ_min、ρ_a、R_a以及相对误差δ_a见表3。

表3各次迭代所用参数及计算结果

根据表3，最终求得的油浸纸电阻率反演值为1.002×10¹⁴Ω·m，与实际值之间的误差仅为0.2％。可以看出，本发明具有较高的准确度。

上述实施例所述是用以具体说明本专利，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界定范畴内。

Claims (2)

1.基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法，其特征是，包括步骤：

步骤1，建立有限元模型：

根据变压器内部结构，采用有限元法建立变压器内部绝缘结构的有限元模型；所构建的有限元模型包括绕组、绕组外包油浸纸、油道和纸板变压器内部基本结构；

步骤2，建立油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻间的数值关系模型：

以油浸纸电阻率为自变量，以变压器整体的稳定绝缘电阻为因变量，基于有限元模型进行有限元计算，构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻间的数值关系模型，数值关系模型中，变压器油电阻率作为固定参数；

步骤3，采用二分法反演油浸纸电阻率：

根据变压器油电阻率和稳定绝缘电阻的实际值，基于数值关系模型，采用二分法对油浸纸电阻率进行反演，具体包括以下子步骤：

3.1设置油浸纸电阻率初步的最大值ρ_max和最小值ρ_min；

3.2根据给定的变压器油电阻率，结合数值关系模型，分别计算ρ_max和ρ_min对应的稳定绝缘电阻的理论值R_max、R_min；比较R_max、R_min与稳定绝缘电阻的实际值R_r，若R_r在范围[R_max,R_min]内，执行子步骤3.3；若R_r小于R_min，按预设步长减小ρ_min，重复本步骤；若R_r大于R_max，按预设步长增大ρ_max，重复本步骤；

3.3以ρ_max和ρ_min的中间值ρ_a为油浸纸电阻率，结合数值关系模型，计算ρ_a对应的稳定绝缘电阻的理论值R_a；

3.4判断R_a与R_r间的相对误差是否小于预设的迭代终止误差阈值δ，若小于，则ρ_a为油浸纸电阻率；否则，继续比较R_a与R_r，若R_a大于R_r，则将ρ_a值赋给ρ_max，重新执行子步骤3.3；若R_a不大于R_r，则将ρ_a值赋给ρ_min，重新执行子步骤3.3。

2.如权利要求1所述的基于二分法的油浸式变压器油浸纸电阻率反演方法，其特征是：

步骤2中所述的构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻的数值关系模型，具体为：

在有限元软件中，设置一系列油浸纸电阻率；在各油浸纸电阻率下，耦合变压器高压部分导体表面节点的电位，向节点注入1A电流，变压器接地部分加载0电位；通过有限元计算得到节点的电位数值，其值即稳定绝缘电阻值；根据各油浸纸电阻率及各油浸纸电阻率下计算的稳定绝缘电阻值，构建油浸纸电阻率和稳定绝缘电阻的数值关系模型。