CN112881938A - 一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法，包括搭建了试验评估平台。通过工作电压发生器模拟工频下避雷器上的电压，由工频电流强度参数测试仪测得此时的工频电流强度参数值，通过温度调节装置改变此时试验箱里的温度，得到严重高温环境下的工频电流强度参数值，再将实测值通过迭代算法与避雷器寿命指征系数的理论公式进行优化，最后对避雷器寿命指征进行评估；本发明的有益效果在于提供了一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法，并搭建了试验平台，能较为真实地模拟严重高温环境，为在特殊工况下避雷器寿命指征的评估提供坚实基础，更是为电网线路的安全运行提供重要保障。

Description

一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法

技术领域

本发明属于电力系统避雷器寿命指征评估技术领域，特别是一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法。

背景技术

避雷器在限制过电压方面发挥着不可替代的作用，它既要保证电气设备不受到损害，又要保证电力系统的安全可靠运行，对电力系统及其设备的安全有效运行具有重要的意义。目前，氧化锌避雷器由于其优良的特性，被广泛地运用在电力系统中。然而，避雷器长时间的在线工作会受到环境温度的影响，其性能也会逐步降低导致使用寿命降低；更严重的情况下，受损的避雷器会发生爆炸，危及工作人员和设备的人身安全。因此，研究一套在严重高温环境下避雷器寿命指征评估方法具有十分重要的意义。

通常情况下，避雷器内部的一些绝缘损伤或者缺陷并没有明显的特征，因此往往很难发现。并且避雷器的工作环境是复杂的，尤其在高温环境下其真实健康水平仅仅依靠预防性试验是无法反映出来的，目前国内外对于避雷器的在线监测主要基于工频电流强度参数的特征分析与监测，而缺乏对于严重高温环境下避雷器寿命指征的评估，因此迫切需要一种试验平台和方法，考虑严重高温环境，对避雷器的寿命指征进行试验与评估。

发明内容

本发明的目的是提供一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台，所述平台包括：

上位机、工作电压发生控制器、数据采集器、工作电压发生器、避雷器、工频电流强度参数测试仪、接地网、试验箱、温度分析控制装置、温度调节装置、温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三、开关、高压注入电缆；

所述上位机与温度分析控制装置和工作电压发生控制器连接；

所述温度分析控制装置与温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三、温度调节装置相连接，温度传感器一、温度传感器二、温度传感器三、温度调节装置均设置在试验箱内部；

所述工作电压发生控制器与工作电压发生器连接，工作电压发生器通过高压注入电缆与开关的输入端连接，开关的输出端连接至避雷器；

所述避雷器与工频电流强度参数测试仪的电流输入端连接，工频电流强度参数测试仪的接地端与接地网连接，接地网与避雷器的接地点连接；

所述避雷器、工频电流强度参数测试仪、开关均设置于试验箱内部；

所述工频电流强度参数测试仪信号输出端与数据采集器连接，数据采集器与上位机连接；

上述一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台的评估方法，包括以下步骤：

S1：模拟工频下避雷器的工作状态，并进行工频电流强度参数测试，具体步骤为：打开工作电压发生器，输出幅值为U₀的工作电压，工频电流强度参数测试仪测量避雷器在工作电压下产生的电流I_c，并通过数据采集器传输至上位机中；

S2：定义严重高温环境是：65℃<T≤100℃，极度严重高温环境是：T>100℃，其中T为环境温度；针对严重高温区域，改变试验箱内的环境温度T，从T＝65℃开始，每间隔5℃取一个温度，并重复进行步骤S1，使用工频电流强度参数测试仪测得每个温度条件下的工频电流强度参数实测值；

S3：由下式计算不同温度条件下，避雷器的寿命指征系数β：

式中，β为避雷器寿命指征系数，U_k为电压幅值，I_z为表征避雷器临界寿命电流，k为取值常数，ω为角频率，h为误差系数，η为积分变量，T为环境温度，t为时间；

S4：采用迭代算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的h₀值，具体步骤为：

1)随机生成初始解h，计算目标函数f(h)：

式中，f(h)表示目标函数，β_i为第i个温度情况下的避雷器寿命指征系数，I_ci为第i个温度情况下的工频电流强度参数实测值，n为对应实测值数据组数；

2)产生扰动新解h'，计算目标函数Δf＝f(h)-f(h')；若Δf≥0，则接受新解，否则，按概率接受准则获得新解；

3)判断是否达到迭代次数，若达到转第四步，否则，转第二步；

4)判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，返回最优解，否则重置迭代次数转第二步；

S5：针对严重高温区域，根据步骤S4优化得出的最优值h₀代入公式(1)，得到优化后避雷器寿命指征系数计算公式：

式(3)中，β₀为优化后的避雷器寿命指征系数，h₀为优化后的误差系数；

S6：在极度严重高温环境，改变试验箱内的温度，从100℃开始，每间隔5℃取一个温度，并重复进行步骤S1，使用工频电流强度参数测试仪测得每个温度条件下的工频电流强度参数实测值；根据步骤S4优化得出最优值h₁，进而得到针对极度严重高温环境下避雷器寿命指征系数计算公式：

S7：基于上述步骤进行评估，当β₀∈(0，1]时，表征金属氧化物避雷器状态正常，寿命处于正常范围；当β₀∈(1，+∞)时，表征金属氧化物避雷器寿命大幅度降低，应尽快检修或更换。

本发明的有益效果在于：

(1)通过搭建一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台，能较为真实地模拟避雷器所处的环境；

(2)试验装置能较为精确地控制调节周围环境温度，有利于工频电流强度参数的测量以及对不同温度下避雷器寿命指征的评估；

(3)试验装置操作简洁，安全稳定，能对多组试验数据进行采集和保存且该试验装置能对不同类型的避雷器进行试验，具有普适性。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估方法具体实施方式包括以下步骤：

如图1所示，一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台包括：

上位机(1)、工作电压发生控制器(2)、数据采集器(3)、工作电压发生器(4)、避雷器(5)、工频电流强度参数测试仪(6)、接地网(7)、试验箱(8)、温度分析控制装置(9)、温度调节装置(10)、温度传感器一(111)、温度传感器二(112)、温度传感器三(113)、开关(12)、高压注入电缆(13)；

所述上位机(1)与温度分析控制装置(9)和工作电压发生控制器(2)连接；

所述温度分析控制装置(9)与温度传感器一(111)、温度传感器二(112)、温度传感器三(113)、温度调节装置(10)相连接，温度传感器一(111)、温度传感器二(112)、温度传感器三(113)、温度调节装置(10)均设置在试验箱(8)内部；

所述工作电压发生控制器(2)与工作电压发生器(4)连接，工作电压发生器(4)通过高压注入电缆(13)与开关(12)的输入端连接，开关(12)的输出端连接至避雷器(5)；

所述避雷器(5)与工频电流强度参数测试仪(6)的电流输入端连接，工频电流强度参数测试仪(6)的接地端与接地网(7)连接，接地网(7)与避雷器(5)的接地点连接；

所述避雷器(5)、工频电流强度参数测试仪(6)、开关(12)均设置于试验箱(8)内部；

所述工频电流强度参数测试仪(6)信号输出端与数据采集器(3)连接，数据采集器(3)与上位机(1)连接；

基于上述一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台的评估方法包括以下步骤：

S1：模拟工频下避雷器的工作状态，并进行工频电流强度参数测试，具体步骤为：打开工作电压发生器(4)，输出幅值为U₀的工作电压，工频电流强度参数测试仪(6)测量避雷器(5)在工作电压下产生的电流I_c，并通过数据采集器(3)传输至上位机(1)中；

S2：定义严重高温环境是：65℃<T≤100℃，极度严重高温环境是：T>100℃，其中T为环境温度；针对严重高温区域，改变试验箱(8)内的环境温度T，从T＝65℃开始，每间隔5℃取一个温度，并重复进行步骤S1，使用工频电流强度参数测试仪(6)测得每个温度条件下的工频电流强度参数实测值；

S3：由下式计算不同温度条件下，避雷器的寿命指征系数β：

式中，β为避雷器寿命指征系数，U_k为电压幅值，I_z为表征避雷器临界寿命电流，k为取值常数，ω为角频率，h为误差系数，η为积分变量，T为环境温度，t为时间；

S4：采用迭代算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的h₀值，具体步骤为：

1)随机生成初始解h，计算目标函数f(h)：

式中，f(h)表示目标函数，β_i为第i个温度情况下的避雷器寿命指征系数，I_ci为第i个温度情况下的工频电流强度参数实测值，n为对应实测值数据组数；

2)产生扰动新解h'，计算目标函数Δf＝f(h)-f(h')；若Δf≥0，则接受新解，否则，按概率接受准则获得新解；

3)判断是否达到迭代次数，若达到转第四步，否则，转第二步；

4)判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，返回最优解，否则重置迭代次数转第二步；

S5：针对严重高温区域，根据步骤S4优化得出的最优值h₀代入公式(1)，得到优化后避雷器寿命指征系数计算公式：

式(3)中，β₀为优化后的避雷器寿命指征系数，h₀为优化后的误差系数；

S6：在极度严重高温环境，改变试验箱(8)内的温度，从100℃开始，每间隔5℃取一个温度，并重复进行步骤S1，使用工频电流强度参数测试仪(6)测得每个温度条件下的工频电流强度参数实测值；根据步骤S4优化得出最优值h₁，进而得到针对极度严重高温环境下避雷器寿命指征系数计算公式：

S7：基于上述步骤进行评估，当β₀∈(0，1]时，表征金属氧化物避雷器状态正常，寿命处于正常范围；当β₀∈(1，+∞)时，表征金属氧化物避雷器寿命大幅度降低，应尽快检修或更换。

Claims (2)

1.一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台，其特征在于，所述平台包括：

上位机(1)、工作电压发生控制器(2)、数据采集器(3)、工作电压发生器(4)、避雷器(5)、工频电流强度参数测试仪(6)、接地网(7)、试验箱(8)、温度分析控制装置(9)、温度调节装置(10)、温度传感器一(111)、温度传感器二(112)、温度传感器三(113)、开关(12)、高压注入电缆(13)；

所述上位机(1)与温度分析控制装置(9)和工作电压发生控制器(2)连接；

所述温度分析控制装置(9)与温度传感器一(111)、温度传感器二(112)、温度传感器三(113)、温度调节装置(10)相连接，温度传感器一(111)、温度传感器二(112)、温度传感器三(113)、温度调节装置(10)均设置在试验箱(8)内部；

所述工作电压发生控制器(2)与工作电压发生器(4)连接，工作电压发生器(4)通过高压注入电缆(13)与开关(12)的输入端连接，开关(12)的输出端连接至避雷器(5)；

所述避雷器(5)与工频电流强度参数测试仪(6)的电流输入端连接，工频电流强度参数测试仪(6)的接地端与接地网(7)连接，接地网(7)与避雷器(5)的接地点连接；

所述避雷器(5)、工频电流强度参数测试仪(6)、开关(12)均设置于试验箱(8)内部；

所述工频电流强度参数测试仪(6)信号输出端与数据采集器(3)连接，数据采集器(3)与上位机(1)连接。

2.基于权利要求1所述的一种严重高温环境下避雷器寿命指征试验评估平台的评估方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1：模拟工频下避雷器的工作状态，并进行工频电流强度参数测试，具体步骤为：打开工作电压发生器(4)，输出幅值为U₀的工作电压，工频电流强度参数测试仪(6)测量避雷器(5)在工作电压下产生的电流I_c，并通过数据采集器(3)传输至上位机(1)中；

S2：定义严重高温环境是：65℃<T≤100℃，极度严重高温环境是：T>100℃，其中T为环境温度；针对严重高温区域，改变试验箱(8)内的环境温度T，从T＝65℃开始，每间隔5℃取一个温度，并重复进行步骤S1，使用工频电流强度参数测试仪(6)测得每个温度条件下的工频电流强度参数实测值；

S3：由下式计算不同温度条件下，避雷器的寿命指征系数β：

式中，β为避雷器寿命指征系数，U_k为电压幅值，I_z为表征避雷器临界寿命电流，k为取值常数，ω为角频率，h为误差系数，η为积分变量，T为环境温度，t为时间；

S4：采用迭代算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的h₀值，具体步骤为：

1)随机生成初始解h，计算目标函数f(h)：

式中，f(h)表示目标函数，β_i为第i个温度情况下的避雷器寿命指征系数，I_ci为第i个温度情况下的工频电流强度参数实测值，n为对应实测值数据组数；

2)产生扰动新解h'，计算目标函数Δf＝f(h)-f(h')；若Δf≥0，则接受新解，否则，按概率接受准则获得新解；

3)判断是否达到迭代次数，若达到转第四步，否则，转第二步；

4)判断是否满足终止条件，若满足则运算结束，返回最优解，否则重置迭代次数转第二步；

S5：针对严重高温区域，根据步骤S4优化得出的最优值h₀代入公式(1)，得到优化后避雷器寿命指征系数计算公式：

式(3)中，β₀为优化后的避雷器寿命指征系数，h₀为优化后的误差系数；

S6：在极度严重高温环境，改变试验箱(8)内的温度，从100℃开始，每间隔5℃取一个温度，并重复进行步骤S1，使用工频电流强度参数测试仪(6)测得每个温度条件下的工频电流强度参数实测值；根据步骤S4优化得出最优值h₁，进而得到针对极度严重高温环境下避雷器寿命指征系数计算公式：

S7：基于上述步骤进行评估，当β₀∈(0，1]时，表征金属氧化物避雷器状态正常，寿命处于正常范围；当β₀∈(1，+∞)时，表征金属氧化物避雷器寿命大幅度降低，应尽快检修或更换。

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