CN113447537A - 油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端 - Google Patents

油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电气设备绝缘诊断技术领域，提出了一种油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端，所述方法包括：确定测量模型，所测量模型包括待测对象的外施电压与待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；测试回路包括待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；基于标准阻抗盒确定采集系统的等效阻抗；基于外施时域电压信号和等效阻抗，利用测量模型确定等效缩比模型的第一信号，第一信号为电流传感器测量信号；将外施时域电压信号和电流传感器测量信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号，确定频域介电谱响应曲线。本发明所述的方法在测试回路中采用标准阻抗盒，实现低含水量时的油纸绝缘频域介电谱响应电流的准确测量。

Description

油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端
技术领域
本发明涉及电气设备绝缘诊断技术领域，尤其涉及油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端。
背景技术
油纸绝缘频域介电响应测量需要将响应电流的时域数据转换到频域进行分析，并且套管主绝缘的介质损耗角正切值极小，通常在10-3量级，即使很小的时域测量偏差也会使介电响应测量出现很大的相对误差。因此，不同频率电压激励下套管介电响应测量实验对末屏响应电流的测量精度以及电压和电流信号采样的同步性均具有较高要求，也会对介电谱最终的测试结果产生较大影响。且电流传感器存在响应时间，在干燥状态下，变压器套管主绝缘具有极高的阻抗，其主绝缘相当于8.2GΩ与98pF电容的并联，因此末屏响应电流中容性分量远大于阻性分量，电流波形具有幅值小、测量时易被环境干扰的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是低水分情况下电流波形具有幅值小、测量时易被环境干扰的导致的测量不准确问题。为了解决上述问题，本发明提出了油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端，本发明具体是以如下技术方案实现的：
本发明的第一个方面提出了油纸绝缘频域介电谱测量方法，所述方法包括：
确定测量模型，所述测量模型包括待测对象的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；所述待测对象为电容型油纸绝缘套管；
基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗；
基于所述等效阻抗，利用所述测量模型确定所述等效缩比模型的第一信号，并获取外施时域电压信号，所述第一信号为电流传感器测量信号；
将所述外施时域电压信号和所述第一信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号；
根据所述第二信号和所述第三信号，确定频域介电谱响应曲线。
进一步地，所述采集系统包括64位的电流传感器。
进一步地，所述基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗之前还包括，对频域内所述采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
进一步地，所述采集系统的等效阻抗Zs(ω)的计算公式如下：
Figure BDA0003134461600000021
其中，Itest1(ω)为采集系统上获取的第一电流测量值，Ireal1(ω)为所述待测对象的末屏流过的第一真实电流值，Z1(ω)为标准阻抗盒的阻抗，U1(ω)为外施激励电压信号。
进一步地，根据所述第二信号和所述第三信号，还可以获得所述待测对象的复电容，所述待测对象的复电容Cb(ω)计算公式如下：
Figure BDA0003134461600000022
其中，j为复数的虚数单位，ω为频率，Zb(ω)为所述待测对象的复阻抗，Itest2(ω)为第二电流测量值，Ireal2(ω)为所述待测对象的末屏流过的第二真实电流值，U1(ω)为外施激励电压信号，Zs(ω)为所述采集系统的等效阻抗。
本发明的第二个方面提出了油纸绝缘频域介电谱测量装置，所述装置包括：
测量模型确定模块，用于确定测量模型，所述测量模型包括待测对象的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；所述待测对象为电容型油纸绝缘套管；
等效阻抗计算模块，用于基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗；
信号获取模块，用于施加外施时域电压信号，基于所述外施时域电压信号和所述等效阻抗，利用所述测量模型确定所述等效缩比模型的第一信号，所述第一信号为电流传感器测量信号；
信号变换模块，用于将所述外施时域电压信号和所述第一信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号；
频域介电谱响应曲线获取模块，用于根据所述第二信号和所述第三信号，确定频域介电谱响应曲线。
进一步地，所述采集系统包括64位的电流传感器。
进一步地，所述等效阻抗计算模块还包括误差校正单元，用于对频域内采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
本发明还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述的油纸绝缘频域介电谱测量方法。
本发明还提供一种终端，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的油纸绝缘频域介电谱测量方法。
采用上述技术方案，本发明所述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，具有如下有益效果：
创新性地提出套管模型响应电流测试电路，采用精准的电流传感器测量电流，并利用阻抗频响曲线已知的标准阻抗盒作为待测样品，从而获取电流采样回路的等效阻抗，得到更加精确的计算样品在水分含量较低时的频域介电谱响应电流。
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，显而易见地，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他的附图。
图1为本发明实施例提供的油纸绝缘频域介电谱测量方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路示意图；
图3为本发明实施例提供的电流传感器及采集系统等效幅值、相位频的响应曲线示意图；
图4为本发明实施例提供的套管频域介电响应测量曲线的结果对比图；
图5为本发明实施例提供的计算机终端设备的结构示意图。
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做出创造性劳动的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。
在本申请所提供的几个实施例中，所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
本发明实施例中提供了油纸绝缘频域介电谱测量方法，如图1所示，所述方法包括：
S101、确定测量模型，所述测量模型包括待测对象的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；所述待测对象为电容型油纸绝缘套管；
S102、基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗；
S103、施加外施时域电压信号，基于所述外施时域电压信号和所述等效阻抗，利用所述测量模型确定所述等效缩比模型的第一信号，所述第一信号为电流传感器测量信号；
S104、将所述外施时域电压信号和所述第一信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号；
S105、根据所述第二信号和所述第三信号，确定频域介电谱响应曲线。
具体地，进行测试前，在实验室环境下待测对象即电容型油纸绝缘套管的外施电压与末屏响应电流的测试回路模型，如图2所示。所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统，所述采集系统包括电流传感器；在电容型油纸绝缘套管的外施电压与末屏响应电流测试的回路模型中，采用阻抗频响曲线已知的标准阻抗盒(100MΩ//100pF)作为待测样品，获取电流采样回路的等效阻抗Zs(ω)，以标准阻抗盒作为待测样品求得电流传感器和采集系统的等效阻抗幅频特性曲线如图3所示。
对所述测试回路模型施加外施时域电压信号，获取采集系统的等效阻抗Zs(ω)后，以变压器套管等效缩比模型作为样品，测得外施时域电压信号u1(t)和电流传感器测量信号i(t)，将外施时域电压信号u1(t)和电流传感器测量信号i(t)通过傅里叶变换转化到频域得到第二信号即外施激励电压信号U1(ω)和第三信号即所述待测对象的末屏流过的第二真实电流值Ireal2(ω)，从而获得频域介电谱响应曲线。
根据所述外施激励电压信号和所述第二电流测量值，获取频域介电谱响应曲线。
采用电流传感器采样方法测得的套管频域介电响应曲线如图4所示。由图可知，以电流传感器采样方式测得的介电谱曲线与DIRANA扫频测量结果具有较好的一致性，介损测量精度能够满足油纸绝缘状态评估的要求，但在40Hz以下低频段测量误差相比于中高频段较大，其主要原因是电流传感器在测量频段内的变比是恒定的，而响应电流低频段分量的幅值相比中高频段较小，导致电流测量精度下降，介损值误差偏大。
进一步地，所述采集系统包括64位的电流传感器。
具体地，所述电流传感器安装于采集系统中，采用64位电流传感器进行电流信号采集，相比于传统的采集设备，电流信号分辨率更高，能够精确采集幅值较小的电流信号。
进一步地，所述基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗之前还包括，对频域内所述采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
具体地，电流传感器可将待测对象的电流按照一定比例关系转换成便于测量的信号，但因电流传感器存在响应时间而使被测对象的原始信号和输出信号之间存在相位延迟，引入介损测量误差。因此，采用阻抗频响曲线已知的标准阻抗盒Z1(100MΩ//100pF)作为待测样品，对频域内电流传感器以及采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
进一步地，所述采集系统的等效阻抗Zs(ω)的计算公式如下：
Figure BDA0003134461600000051
其中，Itest1(ω)为采集系统上获取的第一电流测量值，Ireal1(ω)为所述待测对象的末屏流过的第一真实电流值，Z1(ω)为标准阻抗盒的阻抗，U1(ω)为外施激励电压信号。
具体地，采用阻抗频响曲线已知的标准阻抗盒(100MΩ//100pF)作为待测样品，从而获取电流采样回路的等效阻抗Zs(ω)，以便于更加精确的计算样品的频域介电谱响应电流。
进一步地，根据所述第二信号和所述第三信号，还可以获得所述待测对象的复电容，所述待测对象的复电容Cb(ω)计算公式如下：
Figure BDA0003134461600000052
其中，j为复数的虚数单位，ω为频率，Zb(ω)为所述待测对象的复阻抗，Itest2(ω)为第二电流测量值，Ireal2(ω)为所述待测对象的末屏流过的第二真实电流值，U1(ω)为外施激励电压信号，Zs(ω)为所述采集系统的等效阻抗。
具体地，基于外施激励电压信号U1(ω)和第三信号即所述待测对象的末屏流过的第二真实电流值Ireal2(ω)，能够求得待测套管的频域介电响应信息。
本发明的第二个方面提出了油纸绝缘频域介电谱测量装置，所述装置包括：
测量模型确定模块，用于确定测量模型，所述测量模型包括待测对象的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；所述待测对象为电容型油纸绝缘套管；
等效阻抗计算模块，用于基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗；
信号获取模块，用于施加外施时域电压信号，基于所述外施时域电压信号和所述等效阻抗，利用所述测量模型确定所述等效缩比模型的第一信号，所述第一信号为电流传感器测量信号；
信号变换模块，用于将所述外施时域电压信号和所述第一信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号；
频域介电谱响应曲线获取模块，用于根据所述第二信号和所述第三信号，确定频域介电谱响应曲线。
进一步地，所述采集系统包括64位的电流传感器。
进一步地，所述等效阻抗计算模块还包括误差校正单元，用于对频域内采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
关于油纸绝缘频域介电谱测量装置的具体限定可以参见上文中对于的限定，在此不再赘述。上述油纸绝缘频域介电谱测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
请参阅图5，本发明实施例提供一种终端，包括一个或多个处理器和存储器。存储器与所述处理器耦接，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述任意一个实施例中的油纸绝缘频域介电谱测量方法。
处理器用于控制该计算机终端设备的整体操作，以完成上述的油纸绝缘频域介电谱测量方法的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据以支持在该计算机终端设备的操作，这些数据例如可以包括用于在该计算机终端设备上操作的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。该存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
在一示例性实施例中，计算机终端设备可以被一个或多个应用专用集成电路(Application Specific 1ntegrated Circuit，简称AS1C)、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device,简称DSPD)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
在另一示例性实施例中，还提供了一种包括程序指令的存储介质，该程序指令被处理器执行时实现上述任意一个实施例中的油纸绝缘频域介电谱测量方法的步骤。例如，该存储介质可以为上述包括程序指令的存储器，上述程序指令可由终端的处理器执行以完成上述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，并达到如上述方法一致的技术效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种油纸绝缘频域介电谱测量方法，其特征在于，所述方法包括：
确定测量模型，所述测量模型包括待测对象的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；所述待测对象为电容型油纸绝缘套管；
基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗；
施加外施时域电压信号，基于所述外施时域电压信号和所述等效阻抗，利用所述测量模型确定所述等效缩比模型的第一信号，所述第一信号为电流传感器测量信号；
将所述外施时域电压信号和所述第一信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号；
根据所述第二信号和所述第三信号，确定频域介电谱响应曲线。
2.根据权利要求1所述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，其特征在于，所述采集系统包括64位的电流传感器。
3.根据权利要求1所述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，其特征在于，所述基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗之前还包括，对频域内所述采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
4.根据权利要求1所述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，其特征在于，所述采集系统的等效阻抗Zs(ω)的计算公式如下：
Figure FDA0003134461590000011
其中，Itest1(ω)为采集系统上获取的第一电流测量值，Ireal1(ω)为所述待测对象的末屏流过的第一真实电流值，Z1(ω)为标准阻抗盒的阻抗，U1(ω)为外施激励电压信号。
5.根据权利要求1所述的油纸绝缘频域介电谱测量方法，其特征在于，根据所述第二信号和所述第三信号，还可以获得所述待测对象的复电容，所述待测对象的复电容Cb(ω)计算公式如下：
Figure FDA0003134461590000012
其中，j为复数的虚数单位，ω为频率，Zb(ω)为所述待测对象的复阻抗，Itest2(ω)为第二电流测量值，Ireal2(ω)为所述待测对象的末屏流过的第二真实电流值，U1(ω)为外施激励电压信号，Zs(ω)为所述采集系统的等效阻抗。
6.一种油纸绝缘频域介电谱测量装置，其特征在于，所述装置包括：
测量模型确定模块，用于确定测量模型，所述测量模型包括待测对象的外施电压与所述待测对象的末屏响应电流之间的测试回路；所述测试回路包括所述待测对象的等效缩比模型、标准阻抗盒和采集系统；所述待测对象为电容型油纸绝缘套管；
等效阻抗计算模块，用于基于所述标准阻抗盒确定所述采集系统的等效阻抗；
信号获取模块，用于施加外施时域电压信号，基于所述外施时域电压信号和所述等效阻抗，利用所述测量模型确定所述等效缩比模型的第一信号，所述第一信号为电流传感器测量信号；
信号变换模块，用于将所述外施时域电压信号和所述第一信号分别进行傅里叶变换，得到第二信号和第三信号；
频域介电谱响应曲线获取模块，用于根据所述第二信号和所述第三信号，确定频域介电谱响应曲线。
7.根据权利要求6所述的油纸绝缘频域介电谱测量装置，其特征在于，所述采集系统包括64位的电流传感器。
8.根据权利要求6所述的油纸绝缘频域介电谱测量装置，其特征在于，所述等效阻抗计算模块还包括误差校正单元，用于对频域内采集系统整体的幅值和相位误差进行校正。
9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储有指令，所述指令被处理器执行时实现如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
10.一种终端，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器存储有指令，所述处理器加载所述指令以执行如权利要求1至5任一项所述方法的步骤。
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