CN112698245B - 一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法 - Google Patents

一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法。通过对油纸绝缘进行不同温度下的热老化，得到不同老化程度的油纸绝缘样品；间隔一段时间测量每个样品的聚合度数据，得到绝缘样品聚合度变化情况；设置截尾时刻，并求解可靠性参数的点估计；随后设定置信系数，得到该置信水平下的参数置信下限；最后建立方程计算变压器绝缘可靠性。该方法能判断少失效数据的变压器绝缘可靠性。

Description

一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法
技术领域
本发明属于变压器绝缘状态评估领域，具体涉及一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法。
背景技术
变压器是电力系统中至关重要的设备，承担着电压转换和传输的任务，其安全运行意义重大。油纸绝缘是变压器的主绝缘，其绝缘状态决定了电力系统运行的可靠性和稳定性。经大量研究表明，绝缘性能劣化是导致变压器故障的主要原因。
热老化是油纸绝缘老化的最主要形式。在变压器正常投入运行时，波动的负荷使得温度发生变化，油纸绝缘热老化速率不均匀，这损害了变压器的可靠性。而可靠性直接决定了变压器乃至电网的稳定运行，因此，急需对变压器绝缘可靠性进行分析。
发明内容
为了在实际工况中对变压器绝缘可靠性进行分析，本发明提供一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法，包括如下步骤：
第一步：搭建试验平台
搭建的变压器绝缘可靠性分析研究试验平台，主要由真空干燥箱(1)、可编程逻辑控制器(2)、试验箱(3)、加热器(4)、绝缘油(5)、绝缘纸样品(6)和电压可调电源(7)组成；电压可调电源(7)与可编程逻辑控制器(2)相连，提供电能输入，可编程逻辑控制器(2)与N个加热器(4)连接，通过控制输入电压的大小对加热器的温度进行控制调整；绝缘纸首先在条件为90℃/50Pa的真空干燥箱(1)中干燥48小时，测量其初始聚合度DP0，并装入密封袋中以防止氧化和水分侵入；绝缘油(5)在50℃/50Pa的真空干燥箱(1)中干燥3天，将绝缘纸(6)紧紧包裹在加热器(4)上，共同置于试验箱(3)中，加入25℃的绝缘油(5)，油纸比为20：1；将试验箱(3)放入真空干燥箱(1)中，真空干燥箱(1)温度设定为25℃；
第二步：获取聚合度数据
加热器温度分别设定为Ti，i＝1，2，…，N，设置试验总老化时间为1200小时，每48小时对绝缘纸取样测试聚合度，并将绝缘纸样品的聚合度测试结果分别记为DPi,t，t＝1，2，…，25，表示第t个时间段聚合度的变化情况，将N个绝缘纸样品聚合度数据DPi,t放入可靠性评估中；
第三步：可靠性参数求解
设置有k个截尾时刻，k≤N，分别记为τj，j＝1，2，…，k，并在每个τj时刻选择nj个样本进行数据处理，且nj的总和为N；
当绝缘纸样品聚合度DPi,t小于200时即为故障，记录时间段(τj-1，τj]内的故障数rj，τ0＝0，及对应的故障时间数据tj,r，j＝1，2，…，k以及r＝1，2，…，rj；
故障概率pj＝F(τj)＝P(t≤τj)，j＝1，2，…，k，点估计
Figure BDA0002812012650000021
表达式为：
Figure BDA0002812012650000022
式中，
Figure BDA0002812012650000023
是参数pj的共轭先验分布，sj代表在τj点处参与试数据处理的样品数量，c取5；
用最小二乘法对点τj-pj拟合分布曲线，选择威布尔分布对拟合曲线进行分析，概率密度函数为f(t)，将其带入式(2)：
Figure BDA0002812012650000024
式中，m为形状参数，η为比例参数，θ为位置参数，误差ε＝0.01；
可得到m，η，θ的估计值
Figure BDA0002812012650000025
第四步：参数置信下限求解
设置置信水平为1-α，α为置信系数，一般取为0.05，0.025，0.01，此系数需要根据实际确定，置信系数越低，则可靠性越高，在置信水平1-α下，pj的置信上限pj u，j＝1，2，…，k，通过反演方程获得：
Figure BDA0002812012650000026
式中，
Figure BDA0002812012650000031
c取5；
将置信上限pj u代入式(4)，可得到η的置信下限ηL为：
Figure BDA0002812012650000032
式中，xj＝lnτj，
Figure BDA0002812012650000033
第五步：可靠性评估
可以进一步获得，在置信水平1-α下，时间t处的可靠性置信下限
Figure BDA0002812012650000038
为：
Figure BDA0002812012650000034
变压器绝缘可靠性为
Figure BDA0002812012650000035
当
Figure BDA0002812012650000036
时，变压器绝缘不满足可靠性要求，当
Figure BDA0002812012650000037
时，变压器绝缘满足可靠性要求。
本方法的优点在于考虑了不同负荷产生的温度影响，综合各情况下的老化速率对变压器绝缘可靠性进行了准确分析。
附图说明
图1为少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法的流程图。
图2为少失效数据的变压器绝缘可靠性分析试验平台结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与案例对本发明的实施流程作进一步详述。
第一步：搭建试验平台
搭建的变压器绝缘可靠性分析研究试验平台，主要由真空干燥箱(1)、可编程逻辑控制器(2)、试验箱(3)、加热器(4)、绝缘油(5)、绝缘纸样品(6)和电压可调电源(7)组成；电压可调电源(7)与可编程逻辑控制器(2)相连，提供电能输入，可编程逻辑控制器(2)与100个加热器(4)连接，通过控制输入电压的大小对加热器的温度进行控制调整；绝缘纸首先在条件为90℃/50Pa的真空干燥箱(1)中干燥48小时，测量其初始聚合度DP0，并装入密封袋中以防止氧化和水分侵入；绝缘油(5)在50℃/50Pa的真空干燥箱(1)中干燥3天，将绝缘纸(6)紧紧包裹在加热器(4)上，共同置于试验箱(3)中，加入25℃的绝缘油(5)，油纸比为20：1；将试验箱(3)放入真空干燥箱(1)中，真空干燥箱(1)温度设定为25℃；
第二步：获取聚合度数据
加热器温度分别设定为Ti，i＝1，2，…，N，设置试验总老化时间为1200小时，每48小时对绝缘纸取样测试聚合度，并将绝缘纸样品的聚合度测试结果分别记为DPi,t，t＝1，2，…，25，表示第t个时间段聚合度的变化情况，将N个绝缘纸样品聚合度数据DPi,t放入可靠性评估中；
第三步：可靠性参数求解
设置有k个截尾时刻，k＝10，分别记为τj，j＝1，2，…，k，并在每个τj时刻选择nj个样本进行数据处理，且nj的总和为N；
当绝缘纸样品聚合度DPi,t小于200时即为故障，记录时间段(τj-1，τj]内的故障数rj，τ0＝0，及对应的故障时间数据tj,r，j＝1，2，…，k以及r＝1，2，…，rj；
故障概率pj＝F(τj)＝P(t≤τj)，j＝1，2，…，k，点估计
Figure BDA0002812012650000041
表达式为：
Figure BDA0002812012650000042
式中，
Figure BDA0002812012650000043
是参数pj的共轭先验分布，sj代表在τj点处参与试数据处理的样品数量，c取5；
用最小二乘法对点τj-pj拟合分布曲线，选择威布尔分布对拟合曲线进行分析，概率密度函数f(t)为：
Figure BDA0002812012650000044
式中，m为形状参数，η为比例参数，θ为位置参数；
将式(2)带入式(3)：
Figure BDA0002812012650000045
式中，误差ε＝0.01；
可得到m，η，θ的估计值
Figure BDA0002812012650000046
第四步：参数置信下限求解
设置置信水平为1-α，α为置信系数，取为0.025，在置信水平0.975下，pj的置信上限pj u，j＝1，2，…，k，通过反演方程获得：
Figure BDA0002812012650000051
式中，
Figure BDA0002812012650000052
c取5；
将置信上限pj u代入式(5)，可得到η的置信下限ηL为：
Figure BDA0002812012650000053
式中，xj＝lnτj，
Figure BDA0002812012650000054
第五步：可靠性评估
可以进一步获得，在置信水平0.975下，时间t处的可靠性置信下限
Figure BDA0002812012650000055
为：
Figure BDA0002812012650000056
变压器绝缘可靠性为
Figure BDA0002812012650000057
当
Figure BDA0002812012650000058
时，变压器绝缘不满足可靠性要求，当
Figure BDA0002812012650000059
时，变压器绝缘满足可靠性要求。

Claims (1)

1.一种少失效数据的变压器绝缘可靠性分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：搭建试验平台
搭建的变压器绝缘可靠性分析研究试验平台，由真空干燥箱(1)、可编程逻辑控制器(2)、试验箱(3)、加热器(4)、绝缘油(5)、绝缘纸样品(6)和电压可调电源(7)组成；电压可调电源(7)与可编程逻辑控制器(2)相连，提供电能输入，可编程逻辑控制器(2)与N个加热器(4)连接，通过控制输入电压的大小对加热器的温度进行控制调整；绝缘纸首先在条件为90℃/50Pa的真空干燥箱(1)中干燥48小时，测量其初始聚合度DP0，并装入密封袋中以防止氧化和水分侵入；绝缘油(5)在50℃/50Pa的真空干燥箱(1)中干燥3天，将绝缘纸(6)紧紧包裹在加热器(4)上，共同置于试验箱(3)中，加入25℃的绝缘油(5)，油纸比为20：1；将试验箱(3)放入真空干燥箱(1)中，真空干燥箱(1)温度设定为25℃；
第二步：获取聚合度数据
加热器温度分别设定为Ti，i＝1，2，…，N，设置试验总老化时间为1200小时，每48小时对绝缘纸取样测试聚合度，并将绝缘纸样品的聚合度测试结果分别记为DPi,t，t＝1，2，…，25，表示第t个时间段聚合度的变化情况，将N个绝缘纸样品聚合度数据DPi,t放入可靠性评估中；
第三步：可靠性参数求解
设置有k个截尾时刻，k≤N，分别记为τj，j＝1，2，…，k，并在每个τj时刻选择nj个样本进行数据处理，且nj的总和为N；
当绝缘纸样品聚合度DPi,t小于200时即为故障，记录时间段(τj-1，τj]内的故障数rj，τ0＝0，及对应的故障时间数据tj,r，j＝1，2，…，k以及r＝1，2，…，rj；
故障概率pj＝F(τj)＝P(t≤τj)，j＝1，2，…，k，点估计
Figure FDA0003203175740000011
表达式为：
Figure FDA0003203175740000012
式中，
Figure FDA0003203175740000013
是参数pj的共轭先验分布，sj代表在τj点处参与试数据处理的样品数量，c取5；
用最小二乘法对点τj-pj拟合分布曲线，选择威布尔分布对拟合曲线进行分析，概率密度函数为f(t)，将其带入式(2)：
Figure FDA0003203175740000021
式中，m为形状参数，η为比例参数，θ为位置参数，误差ε＝0.01；
可得到m，η，θ的估计值
Figure FDA0003203175740000022
第四步：参数置信下限求解
设置置信水平为1-α，α为置信系数，取值为0.05，0.025，0.01，此系数需要根据实际确定，置信系数越低，则可靠性越高，在置信水平1-α下，pj的置信上限pj u，j＝1，2，…，k，通过反演方程获得：
Figure FDA0003203175740000023
式中，
Figure FDA0003203175740000024
c取5；
将置信上限pj u代入式(4)，可得到η的置信下限ηL为：
Figure FDA0003203175740000025
式中，xj＝lnτj，
Figure FDA0003203175740000026
第五步：可靠性评估
可以进一步获得，在置信水平1-α下，时间t处的可靠性置信下限
Figure FDA0003203175740000027
为：
Figure FDA0003203175740000028
变压器绝缘可靠性为
Figure FDA0003203175740000029
当
Figure FDA00032031757400000210
时，变压器绝缘不满足可靠性要求，当
Figure FDA00032031757400000211
时，变压器绝缘满足可靠性要求。
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