CN109870635B - 基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法及系统，利用迭代算法，在油纸绝缘老化状态评估迭代过程中不断修正活化能，减小活化能误差，提高温度归一化过程的准确性；包括：利用Arrhenius方程对被测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理，将转换为统一温度下的频域介电谱曲线与H‑N模型进行曲线拟合，得到H‑N模型特征参数τ、α、β，将特征参数与不同老化状态油纸绝缘H‑N模型数据库匹配，确定油纸绝缘老化状态。本发明的评估结果具有较高的准确性与可靠性。
Description
技术领域
本发明属于电力设备状态评估领域，涉及油纸绝缘设备老化状态的评估，特别涉及一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法及系统。
背景技术
电网的安全运行是保证稳定可靠电力供应的基础。电网瓦解及大面积停电事故，不仅会造成巨大的经济损失，影响人们正常生活，还会危及公共安全，造成严重的社会损失。根据国家电网运行分析报道，2005～2010年我国因输变电设备故障导致电网停电事故占当年总事故的37％～48％，居于故障起因第一位。电力设备安全是电网安全的第一道防御系统，油纸复合绝缘因具有良好的绝缘性能和优异的散热性能等优点而广泛应用于大型电力变压器、高压套管等油浸式电力设备中，这些电力设备的绝缘运行状况好坏和健康水平直接关系到电网的安全与稳定。目前，我国已有较多油纸绝缘电力设备运行几十年，这些设备面临着日益严重的绝缘老化问题，发生事故的概率不断增加，这就需要对其老化状态进行评估。
频域介电谱法是一种油纸绝缘设备的无损检测手段，结合H-N模型可对油纸绝缘老化状态进行有效评估。这种方法中，得到频域介电谱后首先需要对其进行温度归一化处理，但不同老化状态的油纸绝缘具有不同的活化能，老化状态未知的油纸绝缘其活化能无法确定，在频域介电谱温度归一化过程中采用统一或预估的活化能，该活化能与最终评估得到的油纸绝缘老化状态对应的活化能存在偏差，油纸绝缘老化状态评估结果的准确性受到影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法及系统，以解决上述存在的技术问题。本发明方法的评估过程为误差逐次减小的循环过程，最终老化状态评估结果的准确可靠性较高。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种油纸绝缘老化状态评估方法，包括以下步骤：利用Arrhenius方程对被测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；将归一化处理后的频域介电谱曲线与介电响应H-N模型进行曲线拟合，获得H-N模型特征参数τ、α、β；将获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘参数匹配，评估确定被测油纸绝缘设备的老化状态。
一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法，包括以下步骤：
步骤1，采集获取待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线；初始设定油纸绝缘活化能；
步骤2，通过Arrhenius方程将待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；
步骤3，将步骤2处理后的频域介电谱曲线利用介电响应H-N模型进行数据拟合，获得特征参数τ、α、β；
步骤4，将步骤3获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘对应的参数对比匹配，确定待测油纸绝缘设备的等效老化时间；
步骤5，根据步骤4获得的等效老化时间修正油纸绝缘活化能；油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到最终的待测油纸绝缘设备的老化状态；油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则重复执行步骤2至步骤5。
本发明的进一步改进在于，步骤1中，初始油纸绝缘活化能设定为1.01eV，对应老化时间为0小时。
本发明的进一步改进在于，步骤2具体包括，频域介电谱曲线中每个点在平移前后所在的频率和温度满足Arrhenius方程，表达式为：
式中，
Ea为油纸绝缘活化能，
k为玻耳兹曼常数，1.3806505×10-23J/K；
T为曲线实测温度，即平移前温度；
T0为参考温度，即平移后曲线对应的测量温度；
f为曲线平移前对应点所在的频率值；
f0为曲线平移至参考温度下对应点所在的频率值；
平移曲线中的所有数据点，获得预设统一温度下的频域介电谱曲线。
本发明的进一步改进在于，步骤3具体包括：利用Havriliak-Negami方程对温度归一化处理后的频域介电谱曲线进行H-N模型数据拟合，得到特征参数τ、α、β；
Havriliak-Negami方程的表达式为：
式中，
ε∞为电介质的光频相对介电常数；
εs为电介质的静态相对介电常数；
ω为角频率；
τHN为H-N模型下的极化时间常数；
α、β为H-N模型曲线的形状系数。
本发明的进一步改进在于，步骤5中，油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到油纸绝缘等效老化时间，进而得到油纸绝缘老化表征参量绝缘纸聚合度DP值。
一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估系统，包括：
采集设定模块，用于采集获取待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线；初始设定油纸绝缘活化能；
归一化处理模块，用于通过Arrhenius方程将待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；
数据拟合模块，用于将归一化处理模块处理后的频域介电谱曲线利用介电响应H-N模型进行数据拟合，获得特征参数τ、α、β；
数据对比模块，用于将数据拟合模块获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘对应的参数对比匹配，确定待测油纸绝缘设备的等效老化时间；
迭代输出模块，用于根据数据对比模块获得的等效老化时间修正油纸绝缘活化能；油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到最终的待测油纸绝缘设备的老化状态；油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则将修正后的油纸绝缘活化能输送给归一化处理模块进行循环迭代。
其中，采集设定模块中，初始油纸绝缘活化能设定为1.01eV，对应老化时间为0小时
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的评估方法，利用Arrhenius方程对被测试品的频域介电谱曲线进行温度归一化处理，能够避免测试温度对最终结果的影响，可使油纸绝缘老化状态评估过程规范化。
本发明的评估方法中，进一步地利用迭代算法不断修正活化能，可减小温度归一化过程的误差，能够提高最终老化状态评估的精度和可靠性；具有形状参数τ、α和β的H-N模型使频域介电谱曲线的拟合更加精确，可进一步提高最终老化状态评估的准确性。
附图说明
图1是本发明实施例的一种基于活化能迭代修正算法的油纸绝缘老化状态评估方法的流程示意框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的一种基于活化能迭代修正算法的高精度油纸绝缘老化状态评估方法，包括以下步骤：利用迭代算法，在油纸绝缘老化状态评估迭代过程中不断修正活化能，减小活化能误差，提高温度归一化过程的准确性。利用Arrhenius方程对被测油纸绝缘设备的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)曲线进行温度归一化处理，将转换为标准温度下的频域介电谱曲线与H-N模型进行曲线拟合，得到的H-N模型特征参数τ、α、β，将特征参数与不同老化状态油纸绝缘H-N模型数据库匹配，确定油纸绝缘老化状态。本发明的评估结果具有较高的准确性与可靠性。
请参阅图1，本发明的一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法，具体包括以下步骤：
步骤1，采集获取待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线；初始设定油纸绝缘活化能；
步骤2，通过Arrhenius方程将待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；
步骤3，将步骤2处理后的频域介电谱曲线利用介电响应H-N模型进行数据拟合，获得特征参数τ、α、β；
步骤4，将步骤3获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘对应的参数对比匹配，确定待测油纸绝缘设备的等效老化时间；
步骤5，根据步骤4获得的等效老化时间修正油纸绝缘活化能；油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到最终的待测油纸绝缘设备的老化状态；油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则重复执行步骤2至步骤5。
本实施例中，以老化时间来衡量老化状态。介电响应H-N模型数据库包含不同老化时间油纸绝缘的频域介电谱和对应的H-N模型特征参数τ、α、β，不同老化时间油纸绝缘的频域介电谱由实验得出，频域介电谱与H-N模型公式进行数据拟合后得到其对应的H-N模型特征参数τ、α、β。不同老化时间油纸绝缘对应的不同活化能数据及DP纸值已知。初始油纸绝缘活化能设定为1.01eV，对应老化时间为0小时。
首先获得被测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线，曲线中每个点在平移前后所在的频率和温度满足Arrhenius方程：
式中，
Ea为油纸绝缘活化能；
k为玻耳兹曼常数，1.3806505×10-23J/K；
T为曲线实测温度，即平移前温度；
T0为参考温度，即平移后曲线对应的测量温度；
f为曲线平移前对应点所在的频率值；
f0为曲线平移至参考温度下对应点所在的频率值。
其中，Ea为油纸绝缘活化能，平移曲线中的所有数据点，进而得到统一温度下的频域介电谱曲线。
H-N模型即为Havriliak-Negami方程，表达式为：
式中，
ε∞为电介质的光频相对介电常数；
εs为电介质的静态相对介电常数；
ω为角频率；
τHN为H-N模型下的极化时间常数；
α、β为H-N模型曲线的形状系数。
利用Havriliak-Negami对平移后的统一温度下的频域介电谱曲线进行H-N模型数据拟合，得到特征参数τ、α、β。
将数据拟合得到的特征参数与H-N模型数据库中特征参数进行匹配，确定被测设备油纸绝缘等效老化时间。
至此，完成一次油纸绝缘老化状态评估迭代过程。
因不同老化时间的油纸绝缘具有不同活化能Ea，每完成一次迭代，将根据获得的老化时间修正一次油纸绝缘活化能，若活化能修正量小于设定的活化能误差值，则结束整个评估过程，否则，将修正后的活化能带入Arrhenius方程，再进行一次油纸绝缘老化状态评估迭代循环，直至活化能修正量小于设定最小误差值，整个评估过程结束，得到油纸绝缘等效老化时间，进而得到油纸绝缘老化表征参量——绝缘纸聚合度DP值。
本发明中，根据不同老化状态(不同老化时间)的油纸绝缘具有不同活化能Ea，利用迭代算法不断修正活化能，不断减小其对温度归一化过程的影响，最终得到精确的油纸绝缘老化表征参量——绝缘纸聚合度DP值。
频域介电谱法是一种油纸绝缘老化状态评估的无损检测手段，具有抗干扰能力强、携带信息丰富等特点。在频域介电谱法的基础上进行优化，本发明提供一种基于活化能迭代修正算法的高精度油纸绝缘老化状态评估方法，利用迭代算法，在油纸绝缘老化状态评估过程中不断修正活化能，减小活化能误差，提高温度归一化过程的准确性。利用Arrhenius方程对被测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理后，利用介电响应H-N模型进行曲线拟合，得到的H-N模型特征参数τ、α、β与数据库匹配确定油纸绝缘老化状态。
本发明的一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估系统，包括：
采集设定模块，用于采集获取待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线；初始设定油纸绝缘活化能；
归一化处理模块，用于通过Arrhenius方程将待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；
数据拟合模块，用于将归一化处理模块处理后的频域介电谱曲线利用介电响应H-N模型进行数据拟合，获得特征参数τ、α、β；
数据对比模块，用于将数据拟合模块获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘对应的参数对比匹配，确定待测油纸绝缘设备的等效老化时间；
迭代输出模块，用于根据数据对比模块获得的等效老化时间修正油纸绝缘活化能；油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到最终的待测油纸绝缘设备的老化状态；油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则将修正后的油纸绝缘活化能输送给归一化处理模块进行循环迭代。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，采集获取待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线；初始设定油纸绝缘活化能；
步骤2，通过Arrhenius方程将待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；
步骤3，将步骤2处理后的频域介电谱曲线利用介电响应H-N模型进行数据拟合，获得特征参数τ、α、β；
步骤4，将步骤3获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘对应的参数对比匹配，确定待测油纸绝缘设备的等效老化时间；
步骤5，根据步骤4获得的等效老化时间修正油纸绝缘活化能；油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到最终的待测油纸绝缘设备的老化状态；油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则重复执行步骤2至步骤5；
其中，步骤3具体包括：利用Havriliak-Negami方程对温度归一化处理后的频域介电谱曲线进行H-N模型数据拟合，得到特征参数τ、α、β；
Havriliak-Negami方程的表达式为：
式中，
ε∞为电介质的光频相对介电常数；
εs为电介质的静态相对介电常数；
ω为角频率；
τHN为H-N模型下的极化时间常数；
α、β为H-N模型曲线的形状系数；
其中，步骤5中，所述油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则重复执行步骤2至步骤5具体包括：将修正后的活化能带入Arrhenius方程再进行油纸绝缘老化状态评估迭代循环，直至活化能的修正量小于等于预设阈值。
2.根据权利要求1所述的一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法，其特征在于，步骤1中，初始油纸绝缘活化能设定为1.01eV，对应老化时间为0小时。
3.根据权利要求1所述的一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法，其特征在于，步骤2具体包括，频域介电谱曲线中每个点在平移前后所在的频率和温度满足Arrhenius方程，表达式为：
式中，
Ea为油纸绝缘活化能；
k为玻耳兹曼常数，1.3806505×10-23J/K；
T为曲线实测温度，即平移前温度；
T0为参考温度，即平移后曲线对应的测量温度；
f为曲线平移前对应点所在的频率值；
f0为曲线平移至参考温度下对应点所在的频率值；
平移曲线中的所有数据点，获得预设统一温度下的频域介电谱曲线。
4.根据权利要求1所述的一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估方法，其特征在于，步骤5中，油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到油纸绝缘等效老化时间，进而得到油纸绝缘老化表征参量绝缘纸聚合度DP值。
5.一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估系统，其特征在于，包括：
采集设定模块，用于采集获取待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线；初始设定油纸绝缘活化能；
归一化处理模块，用于通过Arrhenius方程将待测油纸绝缘设备的频域介电谱曲线进行温度归一化处理；
数据拟合模块，用于将归一化处理模块处理后的频域介电谱曲线利用介电响应H-N模型进行数据拟合，获得特征参数τ、α、β；
数据对比模块，用于将数据拟合模块获得的特征参数τ、α、β与H-N模型数据库预存的不同老化状态油纸绝缘对应的参数对比匹配，确定待测油纸绝缘设备的等效老化时间；
迭代输出模块，用于根据数据对比模块获得的等效老化时间修正油纸绝缘活化能；油纸绝缘活化能的修正量小于等于预设阈值，则完成评估，得到最终的待测油纸绝缘设备的老化状态；油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则将修正后的油纸绝缘活化能输送给归一化处理模块进行循环迭代；
其中，数据拟合模块具体包括：利用Havriliak-Negami方程对温度归一化处理后的频域介电谱曲线进行H-N模型数据拟合，得到特征参数τ、α、β；
Havriliak-Negami方程的表达式为：
式中，
ε∞为电介质的光频相对介电常数；
εs为电介质的静态相对介电常数；
ω为角频率；
τHN为H-N模型下的极化时间常数；
α、β为H-N模型曲线的形状系数；
其中，迭代输出模块中，所述油纸绝缘活化能的修正量大于预设阈值，则重复执行步骤2至步骤5具体包括：将修正后的活化能带入Arrhenius方程再进行油纸绝缘老化状态评估迭代循环，直至活化能的修正量小于等于预设阈值。
6.根据权利要求5所述一种基于活化能迭代修正的油纸绝缘老化状态评估系统，其特征在于，采集设定模块中，初始油纸绝缘活化能设定为1.01eV，对应老化时间为0小时。
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