CN112926191A - 一种绝缘纸剩余寿命评估方法 - Google Patents

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付强
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李丽
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Abstract

本发明公开了一种绝缘纸剩余寿命评估方法,涉及检测技术领域。包括以下步骤：过滤待测绝缘纸的变压器油得到其中的悬浮纤维颗粒；将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值；根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值，得到待测绝缘纸的聚合度；根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式；根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间。本发明提供的绝缘纸剩余寿命评估方法，对变压器的绝缘纸评估其剩余寿命时不需变压器停运或吊罩取芯，也不受变压器滤油、换油等影响，评估结果准确可靠。

Description

一种绝缘纸剩余寿命评估方法
技术领域
本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种绝缘纸剩余寿命评估方法。
背景技术
变压器中绝缘纸老化寿命的评估对变压器的安全稳定运行以及维修具有重要意义。然而，通过绝缘纸的机械性能(如拉伸强度TS)和平均聚合度(DP)的方法评估往往不太现实，因绝缘纸样品获取较为困难。而通过油中糠醛和CO与CO2含量的评估方法易受到滤油、换油等操作因素和环境因素的影响，导致测量结果不准确。
现有技术中，对绝缘纸寿命的检测主要是通过对绝缘纸的抗张强度、撕裂强度、击穿强度、水分含量进行测试，进而老化行评估并寿命预测。或者是通过计算得到绝缘纸的活化能，从而得到适用于该种绝缘纸的寿命预测模型，进而得到绝缘纸寿命。
发明内容
本发明目的在于，提供一种绝缘纸剩余寿命评估方法，基于油中悬浮的纤维颗粒的光学特性，提取纤维颗粒的某种颜色特征值进而评估绝缘纸剩余寿命。
为实现上述目的，本发明实施例提供一种绝缘纸剩余寿命评估方法，包括以下步骤：过滤待测绝缘纸的变压器油得到其中的悬浮纤维颗粒；将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值；根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值，得到待测绝缘纸的聚合度；根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式；根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间。
优选地，所述根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值，得到待测绝缘纸的聚合度，包括：
根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值结合关系式：
DP＝k1+k2log10R
得到待测绝缘纸的聚合度；其中R为所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值。
优选地，所述根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，包括：
根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式：
Figure BDA0002921573540000021
其中，DP是老化t时间后的绝缘纸聚合度；DP0是未老化绝缘纸的聚合度；t是老化的持续时间，单位为天；k为待定的老化速率常数。
优选地，所述根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间，包括：
所述根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式：
Figure BDA0002921573540000022
得到绝缘纸的老化时间t。
优选地，所述根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间，包括：
将绝缘纸聚合度达到N时作为绝缘纸寿命终点，则绝缘纸剩余寿命时间由下述关系式得到：
Figure BDA0002921573540000023
即绝缘纸剩余寿命时间T为：
Figure BDA0002921573540000024
优选地，所述将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值，包括：
用MATLAB软件将纤维光学图进行RGB三原色分析。
优选地，用MATLAB软件将纤维光学图进行RGB三原色分析，其中色散染色图像的蓝色比例和红色比例的关系式为：
Figure BDA0002921573540000031
其中，r为红色分量比例，b为蓝色分量比例，R、G、B分别为图像的三基色分量红、绿、蓝的水平值，j＝1,2,3……，p为图像的有效像素点个数。
优选地，所述将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值，包括：
根据关系式
Figure BDA0002921573540000032
得到色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值b/r。
优选地，所述将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值，包括：
根据色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值b/r的算术平均值结合关系式
Figure BDA0002921573540000033
得到颜色特征值R；
其中，i＝1，2，3……，s，s为各个老化阶段的色散染色图像样本数量；(b/r)i表示第i张色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值。
优选地，绝缘纸剩余寿命评估方法是对未知老化程度的待测绝缘纸，通过获取待测绝缘纸的变压器油中纤维颗粒的颜色特征值以得到未知绝缘纸的聚合度。
本发明实施例具有如下有益效果：
本发明提供的绝缘纸剩余寿命评估方法，包括以下步骤：过滤待测绝缘纸的变压器油得到其中的悬浮纤维颗粒；将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值；根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值，得到待测绝缘纸的聚合度；根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式；根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间。本发明提供的绝缘纸剩余寿命评估方法，对变压器的绝缘纸评估其剩余寿命时不需变压器停运或吊罩取芯，也不受变压器滤油、换油等影响，评估结果准确可靠。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明某一实施例提供的绝缘纸剩余寿命评估方法的流程示意图；
图2是本发明某一实施例提供的绝缘纸剩余寿命评估方法中获得的纤维颗粒光学图像示意图；
图3是某一实施例提供的绝缘纸剩余寿命评估方法中绝缘纸老化时间与纤维颗粒颜色特征值的关系示意图。
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他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，文中所使用的步骤编号仅是为了方便描述，不对作为对步骤执行先后顺序的限定。
应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
请参阅图1，图1为本发明某一实施例提供的绝缘纸剩余寿命评估方法的流程示意图。在本实施例中，绝缘纸剩余寿命评估方法包括以下步骤：
S1，过滤待测绝缘纸的变压器油得到其中的悬浮纤维颗粒。
在本实施例中，利用一种分离变压器油中纤维颗粒的过滤装置，过滤某一运行中的变压器油，以得到其中的悬浮纤维颗粒。
S2，将悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值。
在本实施例中，通过软件将悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值PCR-R(简称R)，纤维颗粒光学图如图2所示，其中，图2(a)为某一实施例获得的纤维颗粒光学图，图2(b)为某一实施例获得的纤维颗粒光学图的放大图。
用MATLAB软件将纤维光学图进行了RGB三原色分析。其中，红色分量比例r和蓝色分量比例b定义如下式：
Figure BDA0002921573540000051
其中，r为红色分量比例，b为蓝色分量比例，R、G、B分别为图像的三基色分量红、绿、蓝的水平值，j＝1，2，3……，p为图像的有效像素点个数。
提取颜色特征值PCR-R，首先定义色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值的关系式：
Figure BDA0002921573540000061
定义PCR-R为b/r的算术平均值的关系式：
Figure BDA0002921573540000062
其中，i＝1，2，3……，s；s为各个老化阶段的色散染色图像样本数量；(b/r)i表示第i张色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值；R表示颜色特征值(PCR-R)。
S3，根据悬浮纤维颗粒的颜色特征值R，得到待测绝缘纸的聚合度。
在本实施例中，获得不同老化程度下纤维颗粒图像的多份颜色特征值(PCR-R)。将PCR-R与对应老化程度下绝缘纸聚合度DPn进行拟合，采用了如下所示的半对数模型对聚合度随PCR-R的变化规律进行了拟合得到关系式：
DP＝k1+k2log10 R (1)
其中，DP表示绝缘纸聚合度；R表示PCR-R。
在本实施例中，分别从老化5年、21年、35年的变压器油中提取纤维素，过滤所用绝缘油的体积如表1所示，检测得到三份颜色特征值(R1＝0.92、R2＝0.74、R3＝0.57)，代入DP＝k1+k2log10 R中得到三个DP值(1045、680、243)，拟合得到k1为1185，k2为3858。
表1过滤所用绝缘油的体积
Figure BDA0002921573540000063
S4，根据待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式。
在本实施例中，采用纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，推演老化时间与绝缘纸聚合度的关系式：
Figure BDA0002921573540000071
S5，根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间。
在本实施例中，将关系式(1)代入关系式(2)中，得到关系式：
Figure BDA0002921573540000072
对老化时间t和纤维颗粒颜色特征值PCR-R进行数据拟合，结果如图3所示，拟合参数如表2所示。
表2老化时间与纤维颗粒颜色特征值PCR-R的拟合结果
Figure BDA0002921573540000073
假设绝缘纸聚合度达到250时即为绝缘纸寿命终点，则绝缘纸剩余寿命时间T为：
Figure BDA0002921573540000074
简化后得
Figure BDA0002921573540000075
即
Figure BDA0002921573540000076
本发明实施例提供的绝缘纸剩余寿命评估方法，对未知老化程度的待测绝缘纸，通过获取待测绝缘纸的变压器油中纤维颗粒的颜色特征值以得到未知绝缘纸的聚合度。
油浸变压器中绝缘纸上纤维会脱落于绝缘油中形成悬浮的纤维颗粒，该纤维颗粒反映了绝缘纸本体的特性，通过滤油获得纤维颗粒进行检测即可得到绝缘纸本体信息。油中纤维颗粒的光学特性会伴随其老化程度而改变。通过对纤维颗粒的光学特性进行检测，提取纤维颗粒的某种颜色特征值，并将其与绝缘纸本体的聚合度进行拟合关联，获得纤维颗粒的颜色特征值与绝缘纸聚合的之间的第一关系式。对未知老化程度的绝缘纸，可通过获取油中纤维颗粒的颜色特征值可得到未知绝缘纸的聚合度。采用纤维素降解的零阶动力学模型推导老化时间与聚合度的第二关系式，联合第一关系式和第二关系式即可得到老化时间与纤维颗粒颜色特征值关系式。
本发明提供的绝缘纸剩余寿命评估基于油中悬浮的纤维颗粒的光学特性，提取纤维颗粒的某种颜色特征值进而评估绝缘纸剩余寿命的方法，无需获取绝缘纸本体样本，也不受滤油、换油等操作因素影响，检测结果准确可靠。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
过滤待测绝缘纸的变压器油得到其中的悬浮纤维颗粒；
将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值；
根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值，得到待测绝缘纸的聚合度；
根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式；
根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间。
2.根据权利要求1所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值，得到待测绝缘纸的聚合度，包括：
根据所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值结合关系式：
DP＝k1+k2log10R
得到待测绝缘纸的聚合度；其中R为所述悬浮纤维颗粒的颜色特征值。
3.根据权利要求2所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，包括：
根据所述待测绝缘纸的聚合度结合纤维素绝缘纸降解的零阶动力学模型，得到老化时间与绝缘纸聚合度的关系式：
Figure FDA0002921573530000011
其中，DP是老化t时间后的绝缘纸聚合度；DP0是未老化绝缘纸的聚合度；t是老化的持续时间，单位为天；k为待定的老化速率常数。
4.根据权利要求3所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间，包括：
所述根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式：
Figure FDA0002921573530000021
得到绝缘纸的老化时间t。
5.根据权利要求4所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述根据老化时间与绝缘纸聚合度的关系式，计算得到绝缘纸剩余寿命时间，包括：
将绝缘纸聚合度达到N时作为绝缘纸寿命终点，则绝缘纸剩余寿命时间由下述关系式得到：
Figure FDA0002921573530000022
即绝缘纸剩余寿命时间T为：
Figure FDA0002921573530000023
6.根据权利要求1所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值，包括：
用MATLAB软件将纤维光学图进行RGB三原色分析。
7.根据权利要求6所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，用MATLAB软件将纤维光学图进行RGB三原色分析，其中色散染色图像的蓝色比例和红色比例的关系式为：
Figure FDA0002921573530000024
其中，r为红色分量比例，b为蓝色分量比例，R、G、B分别为图像的三基色分量红、绿、蓝的水平值，j＝1,2,3……，p为图像的有效像素点个数。
8.根据权利要求7所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值，包括：
根据关系式
Figure FDA0002921573530000031
得到色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值b/r。
9.根据权利要求8所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，所述将所述悬浮纤维颗粒的光学图像颜色进行量化，并提取颜色特征值，包括：
根据色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值b/r的算术平均值结合关系式
Figure FDA0002921573530000032
得到颜色特征值R；
其中，i＝1，2，3……，s，s为各个老化阶段的色散染色图像样本数量；(b/r)i表示第i张色散染色图像的蓝色比例与红色比例的比值。
10.根据权利要求1所述的绝缘纸剩余寿命评估方法，其特征在于，对未知老化程度的待测绝缘纸，通过获取待测绝缘纸的变压器油中纤维颗粒的颜色特征值以得到未知绝缘纸的聚合度。
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