CN112801445B - 基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法 - Google Patents

基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，涉及油纸绝缘电容型套管受潮状态评估技术领域，包括以下步骤：获取油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据；设定各参量在套管受潮判断时的边界条件；设置各参量的评估隶属度函数；设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数；计算油纸绝缘套管受潮风险的评估值。本发明利用常见的多个油纸绝缘电容型套管参量的测试值，通过构建合理的边界模糊评估方法，可实现对油纸绝缘电容型套管受潮风险进行综合评估，克服了利用单个参量测试值进行“是非制”判定时一刀切片面性的缺点，也克服了规程判定方法难以对套管内部的受潮状况及受潮风险充分量化评估的问题。

Description

基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法
技术领域
本发明涉及电力技术领域，特别涉及基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法。
背景技术
油纸绝缘电容型套管主绝缘为油浸绝缘纸与铝箔电容屏交替包绕卷制而成的电容芯子结构。油纸绝缘电容型套管故障是引起电力变压器故障最主要的原因之一，而套管受潮在套管故障中占据首位。套管受潮导致的内部油纸绝缘水分含量增加，不仅会造成套管绝缘水平和耐压水平下降，降低绝缘强度，还会加速油纸绝缘的老化，降低套管的运行寿命，影响电力系统的安全稳定运行。因此，及时准确掌握套管的绝缘状态，预先发现套管内部受潮的潜伏性或显性缺陷故障并进一步消除故障隐患，对维持变压器乃至整个电力系统的安全稳定运行具有重要的意义。
目前对套管开展预防性电气试验，是了解套管内部状况的重要手段，目前针对套管的主要试验有绝缘电阻、介质损耗、电容量等测试项目，每个试验项目均有相关的标准规程作为试验结果的判定依据，可通过直接观测和相对比较等方法判断某项试验合格与否。但是，每个试验项目并非专门针对套管受潮情况进行评判，且单个试验合格与否无法作为对套管是否受潮的推断依据，难以对套管内部受潮风险进行较为全面的评估分析，因此，目前对套管受潮缺陷尚无综合性的风险量化评估分析方法。
为此，针对套管受潮风险评估亟需一套全面有效的评估量化方法。研究表明，由于套管在受潮的不同阶段所表征的状态存在差异，反映在上述各项试验中的测试结果也存在差异，若能将套管受潮状态与各项试验的测试结果建立关联关系，通过套管试验所得的多参量测试结果对套管受潮情况进行推测，将能直观地对套管受潮风险进行量化评价。
发明内容
本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题，提供一种基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，克服了规程判定法难以对套管内部的受潮状况及受潮风险充分量化评估的问题。
本发明实施例提供一种基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据；
S2、设定各参量在套管受潮判断时的边界条件；
S3、设置各参量的评估隶属度函数；
S4、设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数；
S5、计算油纸绝缘套管受潮风险的评估值。
所述油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据，包括以下参量：套管绝缘电阻值、吸收比、电容量变化率、介质损耗值及局部放电量。
所述设定各参量在套管受潮判断时的边界条件，根据以下方法确定：
其中，电容量变化率、介质损耗值及局部放电量为规定上限边界条件的参量；绝缘电阻值、吸收比为规定下限边界条件的参量；各参量边界条件按照套管出厂试验的标准要求确定。
所述设置各参量的评估隶属度函数，采用以下公式计算：
对于规定上限边界条件参量的评估隶属度函数，隶属度函数un(x)为：
Figure BDA0002821825960000021
其中，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，a为该参量对应的上限边界条件；
对于规定下限边界条件参量的评估隶属度函数，隶属度un(x)为：
Figure BDA0002821825960000022
其中，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，b为该参量对应的下限边界条件。
所述设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数，采用以下公式计算：
Figure BDA0002821825960000031
其中，vn为第n个参量在油纸绝缘含水量从2.2％程度变化至4.8％程度的测试值变化灵敏度，通过
Figure BDA0002821825960000032
计算得到。
所述计算油纸绝缘套管受潮风险的评估值，通过对各参量隶属度函数的加权平均来计算，采用以下公式计算：
Figure BDA0002821825960000033
其中，P为油纸绝缘电容型套管的受潮风险评估值，该值越接近1表明受潮风险越大。
相比于现有技术，本发明实施例利用常见的多个油纸绝缘电容型套管参量的测试值，通过构建合理的边界模糊评估方法，可实现对油纸绝缘电容型套管受潮风险进行综合评估，克服了利用单个参量测试值进行“是非制”判定时一刀切片面性的缺点，也克服了规程判定方法难以对套管内部的受潮状况及受潮风险充分量化评估的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明实施例中的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法流程图。
图2是本发明实施例中的评估体系说明图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
图1示出了本发明实施例中的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法流程图，包括以下步骤：
1、获取油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据；
2、设定各参量在套管受潮判断时的边界条件；
3、设置各参量的评估隶属度函数；
4、设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数；
5、计算油纸绝缘套管受潮风险的评估值。
本发明利用常见的多个油纸绝缘电容型套管参量的测试值，通过构建合理的边界模糊评估方法，可实现对油纸绝缘电容型套管受潮风险进行综合评估，克服了利用单个参量测试值进行“是非制”判定时一刀切片面性的缺点，也克服了规程判定方法难以对套管内部的受潮状况及受潮风险充分量化评估的问题。
如图1所示，本发明提供了明确的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法流程示意图。图2为本发明根据评估方法提供的评估体系说明图，便于对各步骤之间的联系进行清晰的理解。以下逐步说明本发明提供的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法：
首先，获取油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据，根据《电力设备预防性试验规程》的常见项目要求，油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据主要包括套管绝缘电阻值、吸收比、电容量变化率、介质损耗值及局部放电量5个参量，其测试值均可通过现有的检测仪器或在线监测装置直接获得。需注意的是，为了提高评估的真实度，所获得的数据应为排除了测试干扰、仪器差异或人为误测等因素的实测数据。
其次，确定各参量在套管受潮判断时的边界条件，已标定套管在极大概率不受潮状况下的参量测试水平。例如，电容量变化率、介质损耗值及局部放电量为规定上限边界条件的参量，表示该参量测试值越小其受潮风险越小，尤其在边界条件以下时，受潮风险极小；而绝缘电阻值、吸收比为规定下限边界条件的参量，表示该参量测试值越大其受潮风险越小，尤其在边界条件以上时，受潮风险极小。由于油纸绝缘电容型套管在出厂时经过严格真空干燥处理，其内部油纸绝缘的含水量极低，受潮情况可忽略不计，因此上述各参量的边界条件按照套管出厂试验的标准要求确定。
随后，若仅采用绝缘电阻、吸收比、电容量、介质损耗、局部放电等参量的注意值作为判定方法(即“是非制”判断)，其结果只有“合格”与“不合格”两种状态，仍不能考虑等级之间的边界模糊性，也不能给出受潮风险及相应的发生概率。因此需要通过构造相关隶属函数，利用特征参量的检测值计算其隶属度，并根据隶属度评定故障的发生概率，即隶属度越高，故障发生的概率就越大。通过对各故障特征参量的特点进行分析，可将其分为两大类：一类是规定上限注意值的特征参量，另一类是规定下限注意值的特征参量。因此，根据这两类特征参量的特点，通过对常见的上升型和下降型隶属函数进行比较分析，最终构造了以下两种隶属函数。
其一，对于规定上限边界条件参量的评估隶属度函数，如电容量变化率、介质损耗值及局部放电量参量，其隶属度函数un(x)为：
Figure BDA0002821825960000051
其中，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，a为该参量对应的上限边界条件。该式表示当参量测试值x小于注意值a时，un(x)迅速下降，表示参量测试值x小于注意值a时，大概率不会发生受潮缺陷；而当检测值x大于注意值a时，un(x)逐渐上升，故障的发生概率p逐渐增大。
其二、对于规定下限边界条件参量的评估隶属度函数，如绝缘电阻值、吸收比参量，其隶属度un(x)为：
Figure BDA0002821825960000061
其中，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，b为该参量对应的下限边界条件。该式表示当参量测试值存在规定的下限注意值b，且参量测试值x越小时，发生受潮缺陷的倾向性就越大。
再次，对于各参量隶属度函数，设置其在综合评估套管受潮风险的权重系数，由于每个参量在套管不同的受潮状态时所反映的数值变化灵敏度存在一定差异，为了充分体现该差异，将各参量的受潮变化灵敏度反应在受潮风险评估的权重系数中，各参量权重系数可采用以下公式进行计算：
Figure BDA0002821825960000062
其中，vn为第n个参量在油纸绝缘含水量从2.2％程度变化至3.7％程度的测试值变化灵敏度，该值需要事先在实验室环境下，通过设置不同程度的油纸绝缘套管受潮缺陷后，对各参量进行测试对比得到，具体由公式
Figure BDA0002821825960000063
计算得到。根据IEC60422-2013标准，套管油纸绝缘含水量在2.2％以内为干燥状态、2.2％至3.7％之间为中度受潮，处于该阶段套管受潮的状态变化相对难以发现，因此选取该阶段的各参量灵敏度系数相对更有价值。设置不同程度的油纸绝缘套管受潮缺陷的方法不再本发明中赘述。
最后，根据上述方法所获取的各参量隶属度函数un(x)、权重系数wn及现场测量值x，通过对各参量隶属度函数的加权平均来计算油纸绝缘电容型套管受潮风险的评估值P，计算公式为：
Figure BDA0002821825960000064
根据评估值计算结果对套管受潮状况进行分析，该值越接近1表明受潮风险越大。
以下通过实际算例对上述方法进行详细计算：
对某一110kV油纸绝缘电容型套管进行各参量测试试验后，获得各项测量数据，见表1。
表1套管各参量试验测量数据
Figure BDA0002821825960000071
如表2所示，首先通过向该套管制造厂询问，获得各参量的出厂标准作为计算的边界条件。随后根据本发明提供的隶属度函数设置方法，对规定上限边界条件的参量(电容量变化率、介质损耗值及局部放电量)分别设置隶属度函数u3(x)、u4(x)、u5(x)，对规定下限边界条件的参量(绝缘电阻值、吸收比)分别设置隶属度函数u1(x)、u2(x)。通过实验室研究结论得出各参量的测试值变化灵敏度，分别为10％、16％、12％、20％、7％，通过权重计算公式得到各参量权重系数。
表2各参量的边界条件、隶属函数及权重计算结果
Figure BDA0002821825960000072
最后，根据表2中权重系数对u1(x)～u5(x)进行加权平均，求得油纸绝缘电容型套管的受潮风险评估值：
P＝0.15×u1(11000)+0.25×u2(1.13)+0.18×u3(6.98)+0.31×u4(1.45)+0.11×u5(37)＝0.829
表明该套管受潮风险评估值为0.829，受潮风险较大。
本发明实施例利用常见的多个油纸绝缘电容型套管参量的测试值，通过构建合理的边界模糊评估方法，可实现对油纸绝缘电容型套管受潮风险进行综合评估，克服了利用单个参量测试值进行“是非制”判定时一刀切片面性的缺点，也克服了规程判定法难以对套管内部的受潮状况及受潮风险充分量化评估的问题。
以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、获取油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据；
S2、设定各参量在套管受潮判断时的边界条件；
S3、设置各参量的评估隶属度函数；
S4、设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数；
S5、计算油纸绝缘套管受潮风险的评估值；
所述设置各参量的评估隶属度函数，采用以下公式计算：
对于规定上限边界条件参量的评估隶属度函数，隶属度函数un(x)为：
Figure FDA0003745829590000011
其中，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，a为该参量对应的上限边界条件；
对于规定下限边界条件参量的评估隶属度函数，隶属度un(x)为：
Figure FDA0003745829590000012
其中，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，b为该参量对应的下限边界条件。
2.根据权利要求1所述的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，其特征在于：所述油纸绝缘电容型套管现场多参量测量数据，包括以下参量：套管绝缘电阻值、吸收比、电容量变化率、介质损耗值及局部放电量。
3.根据权利要求1所述的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，其特征在于：所述设定各参量在套管受潮判断时的边界条件，根据以下方法确定：
其中，电容量变化率、介质损耗值及局部放电量为规定上限边界条件的参量；绝缘电阻值、吸收比为规定下限边界条件的参量；各参量边界条件按照套管出厂试验的标准要求确定。
4.根据权利要求1所述的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，其特征在于：
所述设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数，采用以下公式计算：
Figure FDA0003745829590000021
其中，vn为第n个参量在油纸绝缘含水量从2.2％程度变化至4.8％程度的测试值变化灵敏度，通过
Figure FDA0003745829590000022
计算得到，其中xn为套管油纸绝缘含水量。
5.根据权利要求1所述的基于多参量的油纸绝缘电容型套管受潮风险评估方法，其特征在于：
所述计算油纸绝缘套管受潮风险的评估值，通过对各参量隶属度函数的加权平均来计算，采用以下公式计算：
Figure FDA0003745829590000023
其中，P为油纸绝缘电容型套管的受潮风险评估值，该值越接近1表明受潮风险越大，第n个参量测试值x的隶属度函数un(x)作为该参量所对应受潮发生概率，wn为设置各参量隶属度函数在评估套管受潮风险的权重系数。
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