CN112505510B - 基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，涉及电力设备检测技术领域，其技术方案要点是：根据内部绝缘结构数据建立等效绝缘模型和过电压比例系数；通过累积效应试验平台得到冲击电压试验数据，并对冲击电压试验数据进行数据处理后得到等效绝缘模型的冲击电压幅值与击穿次数之间的多个对应关系；通过对多个对应关系进行曲线拟合后得到拟合关系式；获取目标电路设备的实际冲击电压幅值，并对目标电路设备的剩余寿命进行评估，以及根据剩余寿命系数对剩余寿命评估值进行等级划分后输出预警信号。本发明能够准确、有效的检测出电力设备绝缘故障风险，有效避免电介质击穿引发的设备故障，为提高设备利用率提供了参考依据。

Description

基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法

技术领域

本发明涉及电力设备检测技术领域，更具体地说，它涉及基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法。

背景技术

电力设备在运行过程中会遭受多次冲击电压作用，已有研究表明电力设备在遭受多次冲击电压作用后绝缘水平会下降，即存在“累积效应”，其绝缘下降程度和所遭受的冲击电压幅值和次数有关，累积效应使得电力设备在冲击电压作用下存在绝缘故障风险。然而，目前尚无能够有效评估电力设备在冲击电压作用下绝缘故障风险的措施，为了减少安全事故发生，大部分电力设备都是提前更换淘汰，导致电力设备的利用率较低，即提高了电力设备使用的投入成本，又因更换频率高而提高了维护成本，其经济效益较低。因此，如何研究设计一种基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法是我们目前急需解决的问题。

发明内容

为解决现有技术中无法准确、有效的检测出电力设备绝缘故障风险，导致电力设备利用率较低以及使用的投入成本和维护成本较高的问题，本发明的目的是提供基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，为保障电力设备安全运行提供了基础条件。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，包括以下步骤：

S1：获取目标电路设备的内部绝缘结构数据，并根据内部绝缘结构数据建立等效绝缘模型和过电压比例系数；

S2：通过累积效应试验平台对等效绝缘模型进行反复冲击电压试验后得到冲击电压试验数据，并对冲击电压试验数据进行数据处理后得到等效绝缘模型的冲击电压幅值与击穿次数之间的多个对应关系；

S3：通过对多个对应关系进行曲线拟合后得到拟合关系式；

S4：获取目标电路设备的实际冲击电压幅值，并依据拟合关系式对目标电路设备的剩余寿命进行评估，以及根据剩余寿命系数对剩余寿命评估值进行等级划分后输出预警信号。

进一步的，所述过电压比例系数为目标电力设备整体受到的过电压与对应等效绝缘模型的过电压之比。

进一步的，所述对应关系获取过程具体为：

S201：利用升压降压法获得等效绝缘模型的50％击穿电压U₀；

S202：以U₀为基准，通过降低冲击电压△U后以幅值为U₁＝U₀-△U的冲击电压作用于等效绝缘模型，直至绝缘击穿；记录此时的冲击电压作用次数，并于击穿后更换目标重复10-15次，取击穿次数平均值作为此电压下的击穿次数K₁；

S203：每次降低冲击电压△U后重复步骤S202，直至K_n大于1000后得到n个冲击电压幅值和击穿次数的对应关系。

进一步的，所述冲击电压△U为50％击穿电压U₀的3％-6％。

进一步的，所述拟合关系式具体为：

N＝A*U^B

其中，U为绝缘介质受到的冲击电压幅值；N为对应冲击电压幅值下理论上冲击电压可以耐受的次数；A和B为常数，由绝缘累积效应确定。

进一步的，所述剩余寿命评估的计算公式具体为：

其中，Q为剩余寿命评估值；P为设备电压等级相关系数；U_i为实际冲击电压幅值；M为过电压比例系数；A和B为常数，由绝缘累积效应确定。

进一步的，所述设备电压等级相关系数取值具体为：

额定电压＜110kV，P＝1；

110kV≤额定电压＜500kV，P＝0.9；

额定电压≥500kV，P＝0.8。

进一步的，所述剩余寿命评估值进行等级划分的具体过程为：

若剩余寿命评估值为0.7≤Q≤1.0，绝缘故障风险为低，输出第一预警信号；

若剩余寿命评估值为0.4≤Q＜0.7，绝缘故障风险为中，输出第二预警信号；

若剩余寿命评估值为Q＜0.4，绝缘故障风险为高，输出第三预警信号。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明首次提出利用冲击电压数据评估电力设备绝缘故障风险方法，能够准确、有效的检测出电力设备绝缘故障风险，有效避免电介质击穿引发的设备故障，且为提高设备利用率提供了参考依据，为电力设备实际使用降低投入成本和维护成本较高提供了基础条件，整体过程操作方便，易于实现。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1是本发明实施例中的流程图；

图2是本发明实施例中累积效应试验平台的结构示意图；

图3是本发明实施例中U-N拟合曲线图；

图4是本发明实施例中目标电路设备的过电压监测示意图。

附图中：

1、冲击电压发生器；2、试验油杯；3、分压器。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1：获取目标电路设备的内部绝缘结构数据，并根据内部绝缘结构数据建立等效绝缘模型和过电压比例系数；过电压比例系数为目标电力设备整体受到的过电压与对应等效绝缘模型的过电压之比；

S2：如图2所示，通过累积效应试验平台对等效绝缘模型进行反复冲击电压试验后得到冲击电压试验数据，并对冲击电压试验数据进行数据处理后得到等效绝缘模型的冲击电压幅值与击穿次数之间的多个对应关系；累积效应试验平台由冲击电压发生器1、试验油杯2、分压器3组成；

S3：通过对多个对应关系进行曲线拟合后得到拟合关系式，如图3所示；

S4：如图4所示，通过冲击电压监测设备获取目标电路设备的实际冲击电压幅值，并依据拟合关系式对目标电路设备的剩余寿命进行评估，以及根据剩余寿命系数对剩余寿命评估值进行等级划分后输出预警信号。

对应关系获取过程具体为：

S201：利用升压降压法获得等效绝缘模型的50％击穿电压U₀；

S202：以U₀为基准，通过降低冲击电压△U后以幅值为U₁＝U₀-△U的冲击电压作用于等效绝缘模型，直至绝缘击穿，其中，冲击电压△U为50％击穿电压U₀的3％-6％；记录此时的冲击电压作用次数，并于击穿后更换目标重复10-15次，取击穿次数平均值作为此电压下的击穿次数K₁；

S203：每次降低冲击电压△U后重复步骤S202，直至K_n大于1000后得到n个冲击电压幅值和击穿次数的对应关系。

拟合关系式具体为：

N＝A*U^B

其中，U为绝缘介质受到的冲击电压幅值；N为对应冲击电压幅值下理论上冲击电压可以耐受的次数；A和B为常数，由绝缘累积效应确定。

剩余寿命评估的计算公式具体为：

其中，Q为剩余寿命评估值；P为设备电压等级相关系数；U_i为实际冲击电压幅值；M为过电压比例系数；A和B为常数，由绝缘累积效应确定。

在本实施例中，设备电压等级相关系数取值具体为：额定电压＜110kV，P＝1；110kV≤额定电压＜500kV，P＝0.9；额定电压≥500kV，P＝0.8。

在本实施例中，剩余寿命评估值进行等级划分的具体过程为：若剩余寿命评估值为0.7≤Q≤1.0，绝缘故障风险为低，输出第一预警信号；若剩余寿命评估值为0.4≤Q＜0.7，绝缘故障风险为中，输出第二预警信号；若剩余寿命评估值为Q＜0.4，绝缘故障风险为高，输出第三预警信号。

现有某电力设备为例进行说明。所获取的冲击电压试验数据如表1所示。

表1

从表1可以看出，通过试验可以得出一系列冲击电压幅值(U₁,U₂,…,U₈)和各幅值下击穿次数(K₁,K₂,…,K₈)之间的对应关系，根据此对应关系，我们利用公式N＝A*U^B对这些点进行拟合，可以得到拟合关系式为：N＝6.08*10²¹*U^-17.52。

据拟合关系式，则可以对电介质剩余寿命进行评估，对于上述提到的某电力设备介质，其过电压比例系数为5，则电容器遭受一次66.5kV的过电压，则其内部绝缘相应承受过电压幅值为13.3kV的冲击电压一次，则根据拟合关系式可以计算出其理论可以耐受的电压次数为124次，则在此次冲击后，其剩余寿命系数变为1-1/124＝0.9919。如后续再遭受过电压也进行类似计算，可以得到该电介质的剩余寿命系数。据电介质剩余寿命对电介质状态进行评估，对于该电容器额定电压等级为35kV，故其具体评估方法为：剩余寿命为0.7-1，绝缘故障风险为低；寿命为0.4-0.7绝缘故障风险为中；0.4以下绝缘故障风险为高。

以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，其特征是，包括以下步骤：

S1：获取目标电路设备的内部绝缘结构数据，并根据内部绝缘结构数据建立等效绝缘模型和过电压比例系数；

S2：通过累积效应试验平台对等效绝缘模型进行反复冲击电压试验后得到冲击电压试验数据，并对冲击电压试验数据进行数据处理后得到等效绝缘模型的冲击电压幅值与击穿次数之间的多个对应关系；

S3：通过对多个对应关系进行曲线拟合后得到拟合关系式；

S4：获取目标电路设备的实际冲击电压幅值，并依据拟合关系式对目标电路设备的剩余寿命进行评估，以及根据剩余寿命系数对剩余寿命评估值进行等级划分后输出预警信号；

所述过电压比例系数为目标电力设备整体受到的过电压与对应等效绝缘模型的过电压之比；

所述剩余寿命评估的计算公式具体为：

其中，Q为剩余寿命评估值；P为设备电压等级相关系数；U_i为实际冲击电压幅值；M为过电压比例系数；A和B为常数，由绝缘累积效应确定。

2.根据权利要求1所述的基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，其特征是，所述对应关系获取过程具体为：

S201：利用升压降压法获得等效绝缘模型的50％击穿电压U₀；

S202：以U₀为基准，通过降低冲击电压△U后以幅值为U₁＝U₀-△U的冲击电压作用于等效绝缘模型，直至绝缘击穿；记录此时的冲击电压作用次数，并于击穿后更换目标重复10-15次，取击穿次数平均值作为此电压下的击穿次数K₁；

S203：每次降低冲击电压△U后重复步骤S202，直至K_n大于1000后得到n个冲击电压幅值和击穿次数的对应关系。

3.根据权利要求2所述的基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，其特征是，所述冲击电压△U为50％击穿电压U₀的3％-6％。

4.根据权利要求1所述的基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，其特征是，所述拟合关系式具体为：

N＝A*U^B

其中，U为绝缘介质受到的冲击电压幅值；N为对应冲击电压幅值下理论上冲击电压可以耐受的次数；A和B为常数，由绝缘累积效应确定。

5.根据权利要求1所述的基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，其特征是，所述设备电压等级相关系数取值具体为：

额定电压＜110kV，P＝1；

110kV≤额定电压＜500kV，P＝0.9；

额定电压≥500kV，P＝0.8。

6.根据权利要求1所述的基于电介质累积效应的电力设备绝缘状态评估预警方法，其特征是，所述剩余寿命评估值进行等级划分的具体过程为：

若剩余寿命评估值为0.7≤Q≤1.0，绝缘故障风险为低，输出第一预警信号；

若剩余寿命评估值为0.4≤Q＜0.7，绝缘故障风险为中，输出第二预警信号；

若剩余寿命评估值为Q＜0.4，绝缘故障风险为高，输出第三预警信号。