CN110967603B - 电工材料耐闪络性能的评估方法 - Google Patents

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Abstract

一种电工材料耐闪络性能的评估方法，通过持续性闪络期间电极三结合点处的表面电位测量结果，经基于阈值的三点寻峰算法提取得到用于表征电工材料耐闪络性能的特征信息，特征信息为最佳阈值和闪络间期，进而绘制闪络间期直方图，实现电工材料耐闪络性能评估。评估方法为：最佳阈值越高，电荷消散引起的表面电位变化越大，单次闪络积累的电荷量越大，耐闪络性能越差。闪络间期越短，说明闪络越频繁，耐闪络性能越差。

Description

电工材料耐闪络性能的评估方法
技术领域
本发明涉及的是一种高压材料绝缘领域的技术，具体是一种电工材料耐闪络性能的评估方法。
背景技术
高压绝缘由于局部场强畸变易引发沿面闪络，闪络严重影响设备的安全运行以及电网的稳定。目前对于高压绝缘领域，有关电工材料耐受闪络性能的评估方法主要有起始闪络电压、表面电导率、接触角、粗糙度等。传统评估方法研究较为成熟，然而却无法从表面电荷动态变化特性上分析材料耐闪络性能。
发明内容
本发明针对现有电工材料耐闪络性能评估无法表征表面电荷动态特性的不足，提出一种电工材料耐闪络性能的评估方法，通过对闪络过程中试样的表面电位进行测量，能够分析闪络期间表面电荷的动态特性，进而从物理机理层面对电工材料耐闪络性能进行评估。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种电工材料耐闪络性能的评估方法，采集持续性闪络期间电极三结合点处的表面电位，采用基于阈值的三点寻峰算法提取得到用于表征电工材料耐闪络性能的特征信息，进而绘制闪络间期直方图，实现电工材料耐闪络性能评估。
所述的持续性闪络，采用阶梯式升压方式直至持续性闪络发生后通过维持施加电压实现。
所述的表面电位，通过静电电压表测量闪络电极三结合点处的表面电位。
所述的基于阈值的三点寻峰算法是指：以单次闪络引起表面电位变化的最小幅值为阈值，以防止平缓波动或测量引起的小幅波动被误判为一次闪络过程；当相邻三点中，中间点的幅值比相邻两点高，且中间点的幅值与前一点的幅值之间的差高于阈值，则判定其为一个闪络峰值，具体为：
Figure BDA0002325117720000011
其中：V(i)为第i个采样值，Vp为阈值，Vf为三点寻峰算法的基准电压，一般选取基准电压为起始闪络的施加电压；当相邻采样点的表面电位变化值高于阈值时被认为是一次闪络过程，引入|V(i-1)-V(i-2)|>Vp是由于极少闪络过程中表面电位需要经过两步达到尖峰，表现为一大步和一小步。
所述的特征信息是指：根据闪络次数与对应阈值的关系，确定最佳阈值，采用基于最佳阈值的三点寻峰算法求取闪络尖峰，将相邻两次闪络尖峰的时间间隔定义为闪络间期，最佳阈值和闪络间期即为特征信息。
所述的最佳阈值，先通过闪络次数与对应阈值的三段式变化，确定最佳闪络阈值的区间，采取相邻阈值闪络次数波动率作为判断标准进一步确定最佳闪络阈值，相邻阈值波动率越小说明闪络次数随阈值变化越小，由于对错判结果的容忍度较小，因此采用最佳闪络阈值区间内部相邻阈值闪络次数波动率低于特定值的最大阈值作为闪络最佳阈值。
所述的相邻阈值闪络次数波动率
Figure BDA0002325117720000021
其中：C(i)代表第i个Vp对应的闪络次数，ε代表相邻阈值闪络次数波动率，将ε<0.3％的最大阈值作为最佳阈值。
所述的评估，最佳阈值越高，电荷消散引起的表面电位变化越大，单次闪络积累的电荷量越大，耐闪络性能越差。闪络间期越短，闪络越频繁，耐闪络性能越差。
技术效果
本发明整体解决了传统电工材料耐闪络性能的评估方法无法表征表面电荷动态特性的缺陷；与现有技术相比，本发明基于闪络阶段表面电位的测量结果，提出基于阈值的三点寻峰算法，提取最佳阈值和闪络间期作为耐闪络性能评价指标，最佳阈值越高，单次闪络泄放的表面电荷量越大，耐闪络性能越差。闪络间期越短，闪络越频繁，耐闪络性能越差。其弥补电工材料耐闪络性能评估方法的不足，并将最佳阈值和闪络间期作为评价电工材料耐闪络性能新指标。
附图说明
图1为本发明流程图；
图2为非闪络点为峰值示意图；
图3为两步达到峰值示意图；
图4为闪络次数与阈值关系的示意图；
图5为正极性闪络次数与阈值关系图；
图6为负极性闪络次数与阈值关系图；
图7为正极性相邻阈值闪络次数波动率与阈值关系图；
图8为负极性相邻阈值闪络次数波动率与阈值关系图；
图9为正极性闪络间期直方图；
图10为负极性闪络间期直方图。
具体实施方式
如图1所示，为本实施例涉及一种电工材料耐闪络性能的评估方法，具体步骤为：
步骤1、采集闪络阶段的表面电位数据。采用阶梯式升压方式直至持续性闪络发生，闪络过程持续时间为5min。通过静电电压表测量闪络电极“三结合点”处的表面电位，采样频率为1kHz。
步骤2、提出基于阈值的三点寻峰算法。单次闪络时表面电荷大量消散，电弧通道引起电极间短路，此时表面电位骤降，闪络完成后的表面电位回升。表面电位在持续性闪络期间表现为一系列尖峰特征。提出基于阈值的三点寻峰算法，阈值定义为单次闪络引起表面电位变化的最小幅值。三点寻峰算法表示为：相邻三点中，如果中间点的幅值比相邻两点高，则认为其为一个峰值，表达形式如下：
V(i)＝max([V(i-1),V(i),V(i+1)]),i＝2…N-1
s.t.|V(i)-V(i-1)|>Vp or|V(i-1)-V(i-2)|>Vp
|V(i)|<Vf，其中：V(i)为第i个采样值，Vp为阈值，Vf为三点寻峰算法的基准电压，一般基准电压取为起始闪络的施加电压。
步骤3、求取最佳阈值。绘制闪络次数与对应阈值的关系曲线，该曲线呈现三段式变化。在区域a内，由于阈值较小，系统将非闪络点视为闪络点，造成错判的情况，闪络次数随闪络阈值的减小迅速上升；在区域b内闪络次数随闪络阈值的提高基本不变或略微减小；在区域c内，由于阈值太大，寻峰算法将幅值波动小于阈值的点视为非闪络点，造成漏判的情况，闪络次数随闪络阈值的提高迅速降低。只有处于区域b内的阈值才能作为闪络寻峰判断的最佳阈值。
为进一步确定最佳闪络判断阈值，采用相邻阈值闪络次数波动率作为判断标准，相邻阈值波动率越小说明闪络次数随阈值变化越小，由于对错判结果的容忍度较小，因此采用相邻阈值闪络次数波动率低于特定值的最大阈值作为最佳闪络判断阈值。
步骤4、求取闪络间期。将最佳阈值带入三点寻峰算法，寻找闪络尖峰，将相邻两次闪络尖峰的时间间隔定义为闪络间期。绘制闪络间期直方图。
闪络寻峰算法的最佳阈值和闪络间期能够用于评价电工材料耐闪络性能。最佳阈值越高，电荷消散引起的表面电位变化越大，单次闪络积累的电荷量越大，耐闪络性能越差。闪络间期越短，说明闪络越频繁，耐闪络性能越差。
本实施例首先采用纯环氧试样在正极性闪络下的表面电位测量结果，由于三点寻峰算法求取最大值，正极性闪络数据中的尖峰对应于最小值，需先对该数据取负，将取负后的结果进行寻峰处理，最后对寻峰结果取负后还原为原始数据。取闪络阈值步长变化为20V，闪络次数与对应阈值的三段式变化如图5所示，区域b的阈值范围为60～600V。相邻阈值闪络次数波动率与阈值间的曲线如图7所示，区域b内的相邻阈值闪络次数波动率均低于0.3％，取600V作为最佳阈值。闪络间期的直方图如图9所示，闪络间期主要集中在4～6ms。
本实施例再次采用纯环氧试样在负极性闪络下的表面电位测量结果，取闪络阈值步长变化为20V，闪络次数与对应阈值的三段式变化如图6所示，区域b的阈值范围为160～460V。相邻阈值闪络次数波动率与阈值的曲线如图8所示，区域b内的相邻阈值闪络次数波动率随阈值变化呈现两侧高中间低的现象，取相邻阈值闪络次数波动率低于0.3％的最大值400V作为最佳阈值，其比正极性闪络的最佳阈值低。闪络间期的直方图如图10所示，闪络间期主要集中在11～19ms，其比正极性闪络的闪络间期长。
纯环氧试样的正极性闪络比负极性闪络积聚更多表面电荷且闪络频率更快，该环氧试样的正极性耐闪络性能不如负极性耐闪络性能。
经过具体实际实验，在正负极性闪络下测量表面电位，采用基于阈值的三点寻峰算法，求取最佳阈值和闪络间期，能够得到的实验数据如图5-10。
与现有技术相比，本方法基于闪络阶段的表面电位测量结果，提取最佳阈值和闪络间期作为耐闪络性能评估指标。其中最佳阈值和闪络间期采用基于阈值的三点寻峰算法求取。最佳阈值越高，单次闪络泄放的表面电荷量越大，耐闪络性能越差。闪络间期越短，闪络越频繁，耐闪络性能越差。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种电工材料耐闪络性能的评估方法，其特征在于，采集持续性闪络期间电极三结合点处的表面电位，经基于阈值的三点寻峰算法提取得到用于表征电工材料耐闪络性能的特征信息从而绘制闪络间期直方图，实现电工材料耐闪络性能评估；
所述的三点寻峰算法是指：以单次闪络引起表面电位变化的最小幅值为阈值，以防止平缓波动或测量引起的小幅波动被误判为一次闪络过程；当相邻三点中，中间点的幅值比相邻两点高，则判定其为一个峰值，具体为：
Figure FDA0002325117710000011
其中：V(i)为第i个采样值，Vp为阈值，Vf为三点寻峰算法的基准电压，当相邻表面电位变化值高于阈值时被认为是一次闪络过程。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的持续性闪络，采用阶梯式升压方式直至持续性闪络发生后通过维持施加电压实现。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的特征信息是指：根据闪络次数与对应阈值的关系，判断最佳阈值所属区间范围，并根据相邻阈值闪络次数波动率作为判断标准，确定最佳阈值，采用基于最佳阈值的三点寻峰算法求取闪络尖峰，根据相邻两次闪络尖峰的时间间隔定义为闪络间期，最佳阈值和闪络间期即特征信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征是，所述的最佳阈值，通过相邻阈值闪络次数波动率作为判断标准，相邻阈值波动率越小说明闪络次数随阈值变化越小，由于对错判结果的容忍度较小，因此采用相邻阈值闪络次数波动率低于特定值的最大阈值作为最佳闪络判断阈值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征是，所述的相邻阈值闪络次数波动率
Figure FDA0002325117710000012
Figure FDA0002325117710000013
其中：C(i)代表第i个Vp对应的闪络次数，ε代表相邻阈值闪络次数波动率，将ε＜0.3％的最大阈值作为最佳阈值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征是，所述的评估，根据最佳阈值越高，电荷消散引起的表面电位变化越大，单次闪络积累的电荷量越大，耐闪络性能越差，闪络间期越短，说明闪络越频繁，耐闪络性能越差。
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