CN113671275B - 多层油纸绝缘空间电荷预测方法及设备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法及设备。用于解决现有技术对获取多层油纸绝缘对应的空间电荷分布规律效率较低的问题。在加压与撤压两种情况下，分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集，以分别生成第一空间电荷分布图与第二空间电荷分布图；根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻以及不同空间区域的分布密度；对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品空间电荷的密度差值；根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测。通过上述方法，提高对空间电荷分布规律测量的效率。

Description

多层油纸绝缘空间电荷预测方法及设备

技术领域

本申请涉及电力体系领域，特别是涉及一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法及设备。

背景技术

油纸复合绝缘在电力设备如电力变压器、换流变压器、高压电缆中往往具有多层叠加的结构，存在层间界面。而且很多针对聚合物绝缘材料的研究表明，材料的层间界面对于空间电荷的积聚和消散特性有明显作用，因此有必要深入研究层间界面对油纸绝缘空间电荷特性的影响。

但现有技术中通常只能对层数较少的油纸绝缘对应的空间电荷进行测量，以获取空间电荷的分布规律。但对于多层油纸绝缘对应的空间电荷的分布规律，通常通过实验一一进行测量，过程繁琐复杂，效率较低。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够解决现有技术对获取多层油纸绝缘对应的空间电荷分布规律效率较低的问题的多层油纸绝缘空间电荷预测方法及设备。

一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法，方法包括：

在加压与撤压两种情况下，通过空间电荷测量装置，分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集；

根据采集的电压信号，生成两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图，以及生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图；

根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻，以及空间电荷在电场中不同空间区域的分布密度；

对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值；

获取不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值；

根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测。

在其中一个实施例中，根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测之前，方法还包括：

根据密度差值，预测四层油纸绝缘试品对应的空间电荷的分布规律，并生成四层油纸绝缘试品对应的预测第三空间电荷分布图；其中，四层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、层间界面、层间界面、阳极；

通过空间电荷测量装置，对四层油纸绝缘试品对应的空间电荷的分布数据进行采集；

根据采集的分布数据，生成四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图；

将预测第三空间电荷分布图与生成的第三空间电荷分布图进行比对，在二者误差率小于第一预设值的情况下，确定分布规律符合预测要求。

在其中一个实施例中，将预测第三空间电荷分布图与生成的第三空间电荷分布图进行比对，在二者误差率小于第一预设值的情况下，确定分布规律符合预测要求之后，方法还包括：

根据分布规律、两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图、三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图，以及四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图，构建多层绝缘油纸空间电荷分布预测模型；

根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括：

通过多层绝缘油纸空间电荷预测模型、以及多层油纸绝缘试品分别对应的层数，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测。

在其中一个实施例中，分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集，包括：

将电应力施加到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上，以使两层油纸绝缘试品内部与三层油纸绝缘试品内部分别产生空间电荷；

将预置电脉冲源产生的电脉冲信号，分别作用到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上，以使空间电荷产生第一扰动；

通过压电传感器将第一扰动产生的信号转换为第一电压信号；

将第一电压信号进行放大处理，并对放大处理后的第一电压信号进行采集；

将作用到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上的电应力撤回，以使空间电荷产生第二扰动；

通过压电传感器将第二扰动产生的信号转换为第二电压信号；

将第二电压信号进行放大处理，并对放大处理后的第二电压信号进行采集。

在其中一个实施例中，将电应力施加到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上之前，方法还包括：

将两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品，分别平放在空间电荷测量装置的试品腔内；

通过真空泵以及试品腔上的抽气阀，对试品腔内的空气进行抽取，以使试品腔内的真空度降至预设真空度；

将试品腔静置预置时长后，通过真空压力表对试品腔内的真空度进行测量；

将电应力施加到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上，包括：

在真空度下降范围小于第二预设值的情况下，对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品进行电压信号采集。

在其中一个实施例中，通过压电传感器将第一扰动产生的信号转换为第一电压信号之前，方法还包括：

将通过耦合电容的电脉冲信号，作用到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上；

对预置空间电荷测量装置的电极施加校正电压；其中，校正电压与电脉冲信号的极性相反；

通过校正电压，抵消电脉冲信号对电压信号的影响。

在其中一个实施例中，根据采集的电压信号，生成两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图，以及生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图，包括：

根据采集的两层油纸绝缘试品对应的第一电压信号和第二电压信号，生成两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图；其中，两层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、阳极，第一空间电荷分布图包括第一加压空间电荷密度图、第一加压不同时刻电荷分布图、第一加压预设时间电场分布图，以及第一撤压空间电荷密度图、第一撤压不同时刻电荷分布图；

根据采集的三层油纸绝缘试品对应的第一电压信号和第二电压信号，生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图；其中，三层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、层间界面、阳极，其中，第二空间电荷分布图包括第二加压空间电荷密度图、第二加压不同时刻电荷分布图、第二加压预设时间电场分布图，以及第二撤压空间电荷密度图、第二撤压不同时刻电荷分布图。

在其中一个实施例中，根据采集的三层油纸绝缘试品对应的第二电压信号，生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图之后，方法还包括：

根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻，以及空间电荷在电场中不同空间区域的分布密度，包括：

在第一加压空间电荷密度图与第二加压空间电荷密度图中，确定任一时刻对应的同一空间区域内的电荷密度；

对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括：

在第二加压空间电荷密度图中，计算两个层间界面区域的电荷密度差；

获取不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括：

在预设时长内确定出多个不相邻的时间点；

在第一加压不同时刻电荷分布图与第二加压不同时刻电荷分布图中，分别确定不同空间区域的空间电荷在多个时间点的变化趋势，并计算出同一空间区域在多个时间点对应的空间电荷的密度差值；

根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括：

在第一加压预设时间电场分布图与第二加压预设时间电场分布图中，分别确定电场强度最大值所在的空间区域；

根据加压情况下的相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、两个层间界面区域的电荷密度差、多个时间点对应的空间电荷的密度差值以及电场强度最大值所在的空间区域，确定出加压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的分布规律。

在其中一个实施例中，根据采集的三层油纸绝缘试品对应的第二电压信号，生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图之后，方法包括：

根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻，以及空间电荷在电场中不同空间区域的分布密度，包括：

在第一撤压空间电荷密度图与第二撤压空间电荷密度图中，确定任一时刻对应的同一空间区域内的电荷密度；

对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括：

在第二撤压空间电荷密度图中，计算两个层间界面区域的电荷密度差；

获取不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值包括：

在预设时长内确定出多个不相邻的时间点；

在第一撤压不同时刻电荷分布图与第二撤压不同时刻电荷分布图中，分别确定不同空间区域的空间电荷在多个时间点的变化趋势，并计算出同一空间区域在多个时间点对应的空间电荷的密度差值；

根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括：

在第一撤压预设时间电场分布图与第二撤压预设时间电场分布图中，分别确定电场强度最大值所在的空间区域；

根据撤压情况下的相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、两个层间界面区域的电荷密度差、多个时间点对应的空间电荷的密度差值，确定出撤压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的分布规律。

一种多层油纸绝缘空间电荷预测设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够实现上述的方法的步骤。

本申请实施例通过对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集，以获取空间电荷在不同时刻以及不同空间区域的分布密度，从而根据分布密度归纳出不同层数的油纸绝缘试品对应的电荷分布规律。其次，本申请通过归纳对相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的分布规律，以及不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的分布规律，从多方面对电荷分布密度进行计算，提高了分布规律的可靠性与准确性。此外，本申请实施例通过该规律即可对多层油纸绝缘试品的空间电荷分布规律进行预测，无需进行一一测量，提高了获取多层油纸绝缘试品的空间电荷分布规律的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统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申请的一些实施例，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为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之一；

图2为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之二；

图3为一个实施例中两层油纸绝缘试品第一加压空间电荷密度图；

图4为一个实施例中两层油纸绝缘试品第一加压3600s电场分布图；

图5为一个实施例中两层油纸绝缘试品第一撤压空间电荷密度图；

图6为一个实施例中三层油纸绝缘试品第二加压空间电荷密度图；

图7为一个实施例中三层油纸绝缘试品第二加压3600s电场分布图；

图8为一个实施例中三层油纸绝缘试品第二撤压空间电荷密度图；

图9为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之三；

图10为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之四；

图11为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之五；

图12为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之六；

图13为一个实施例中多层油纸绝缘空间电荷预测设备的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种空间，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个空间与另一个空间区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。

在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。

在其中一个实施例中，如图1所示，提供一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之一。包括步骤S100～S600。

步骤S100，通过预置空间电荷测量装置，分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集。

步骤S200，根据采集的电压信号生成双层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图，以及生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图。

步骤S300，根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻以及不同空间区域的分布密度。

步骤S400，对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值。

根据加压和撤压情况下的相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度，可以看出增加界面空间层数时，阴极、阳极、以及第一个空间界面在相同区域相同时刻，对应的空间电荷的密度变化差值。根据两个层间界面区域的电荷密度差，确定出每增加一层空间界面时，各个空间界面内的空间电荷密度差值。

步骤S500，获得不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值。

具体地，根据加压和撤压情况下的不同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、两个层间界面区域的电荷密度差、多个时间点对应的空间电荷的密度差值以及电场强度最大值所在的空间区域。确定出加压和撤压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的密度变化差值。根据多个时间点对应的空间电荷的密度差，可以确定出随时间变化，各个空间区域内的空间电荷密度变化差值。

步骤S600，根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测。

在其中一个实施例中，步骤S100，通过预置空间电荷测量装置，分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集，包括子步骤S101～S112。

步骤S101，将两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品，分别平放在预置空间电荷测量装置的试品腔内。

步骤S102，通过真空泵以及试品腔上的抽气阀，对试品腔内的空气进行抽取，以使试品腔内的真空度降至预设真空度。

步骤S103，将试品腔静置预置时长后，通过真空压力表对试品腔内的真空度进行测量。

步骤S104，在真空度下降范围较小的情况下，对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品进行电压信号采集。

步骤S105，将电应力施加到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上，以使两层油纸绝缘试品内部与三层油纸绝缘试品内部分别产生空间电荷。

具体地，预置空间电荷测量装置的直流高压源输出±30kV的直流电压，通过高压接线端和12MΩ的耐高压保护电阻连接到上电极，将电应力施加到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上使其内部产生空间电荷。

步骤S106，将预置电脉冲源产生的电脉冲信号，分别作用到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上，以使空间电荷产生第一扰动。

具体地，预置空间电荷测量装置的脉冲源可产生脉宽5ns，幅值200V-1000V的稳定电脉冲信号，通过1000pF的高压陶瓷电容器耦合到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上，电场力使试品内空间电荷发生第一扰动。

步骤S107，将通过耦合电容的所述电脉冲信号作用到两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上。

步骤S108，对预置空间电荷测量装置的电极施加校正电压。其中，校正电压与电脉冲信号的极性相反。

步骤S109，通过校正电压抵消电脉冲信号对所述电压信号的影响。

具体地，在测量空间电荷时，需要在试品的加电压或撤去电压阶段施加很窄的电脉冲，以使电荷发生微扰动而产生声压力波，该压力波经压电传感器转换为容易测量的电压信号。因此，测量到的信号中必然包含脉冲信号的影响。为了更准确地获取试品内部空间电荷的分布规律，需要施加校正电压进行校正。

进一步地，本申请实施例中选择的脉冲幅值为200V，脉冲宽度为5ns。因此，施加与脉冲极性相反的直流电压值可以为14V。此时，脉冲对电荷测量信号的影响已基本消除。

步骤S110，通过压电传感器将第一扰动产生的信号转换为第一电压信号。

步骤S111，将第一电压信号进行放大处理，并对放大处理后的第一电压信号进行采集。

具体地，将第一扰动产生的声信号穿过下电极被压电传感器探测并转换为第一电压信号，然后经过宽带放大器输出到预置空间电荷测量装置的数据采集模块，从而完成数据采集处理。得到加压情况下，两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品内的电荷密度和电场强度分布。

步骤S112，将作用到两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上的电应力撤回，以使空间电荷产生第二扰动。

步骤S113，通过压电传感器将第二扰动产生的信号转换为第二电压信号。

步骤S114，将第二电压信号进行放大处理，并对放大处理后的第二电压信号进行采集。

具体地，将脉宽5ns，幅值200V-1000V的稳定电脉冲信号从两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品上撤离，电场力使试品内空间电荷发生第二扰动。将第二扰动产生的声信号穿过下电极被压电传感器探测并转换为第二电压信号，然后经过宽带放大器输出到预置空间电荷测量装置的数据采集模块，从而完成数据采集处理。得到撤压情况下，两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品内的电荷密度和电场强度分布。

在其中一个实施例中，如图2所示，提供一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之二，步骤S200，根据采集的电压信号生成双层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图，以及生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图，包括子步骤S201和步骤S202。

步骤S201，根据采集的两层油纸绝缘试品对应的第一电压信号第二电压信号，生成两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图。其中，两层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、阳极。第一空间电荷分布图包括第一加压空间电荷密度图、第一加压不同时刻电荷分布图、第一加压预设时间电场分布图，以及第一撤压空间电荷密度图、第一撤压不同时刻电荷分布图。

具体地，第一加压空间电荷密度图用于记录两层油纸绝缘试品加电压6kV后，在3600s时长内空间电荷分布结果。第一加压不同时刻电荷分布图用于记录不同时刻空间电荷在两层试品中的分布密度。第一加压预设时间电场分布图用于记录外施6kV直流电压，作用3600s后，两层试品中沿厚度方向的电场分布密度。第一撤压空间电荷密度图用于记录两层油纸绝缘试品去除外施6kV电压后，在3600s时长内的空间电荷分布密度。第一撤压不同时刻电荷分布图用于记录撤去电压后不同时刻内两层试品中的空间电荷分布密度。

在其中一个实施例中，本申请实施例分别以两层和三层油纸绝缘试品为研究对象，绝缘纸单层厚度均为80μm，经真空干燥，变压器油浸渍后为试验对象。为了与单层试品承受的外施场强一致，2层试品施加电压为6kV，3层试品施加电压为9kV。分别统计在加电压3600s内电荷注入过程，和撤去电压3600s内电荷消散过程中，分别对应的空间电荷分布规律。

在其中一个实施例中，如图3所示，提供了两层油纸绝缘试品第一加压空间电荷密度图。坐标系的横坐标为两层油纸绝缘试品的电场空间分布，纵坐标为加压时间。根据坐标系中不同的颜色以及颜色的深浅变化体现不同的电荷密度，以此记录两层油纸绝缘试品加电压6kV后，在3600s时长内空间电荷的分布变化情况。

在其中一个实施例中，如图4所示，提供了两层油纸绝缘试品第一加压3600s电场分布图，坐标系的横坐标为两层油纸绝缘试品的电场空间分布，纵坐标为电场强度。通过图4可以看出，电场强度最大值出现在正、负空间电荷区交界处，即空间电荷积聚区域的边界。

在其中一个实施例中，如图5所示，提供了两层油纸绝缘试品第一撤压空间电荷密度图，坐标系的横坐标为两层油纸绝缘试品的电场空间分布，纵坐标为撤压时间。根据坐标系中不同的颜色以及颜色的深浅变化体现不同的电荷密度，记录两层油纸绝缘试品去除外施6kV电压后，在3600s时长内空间电荷的分布变化情况。

步骤S202，根据采集的三层油纸绝缘试品对应的第一电压信号和第二电压信号，生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图。其中，三层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、层间界面、阳极。第二空间电荷分布图包括第二加压空间电荷密度图、第二加压不同时刻电荷分布图、第二加压预设时间电场分布图，以及第二撤压空间电荷密度图、第二撤压不同时刻电荷分布图。

具体地，第二加压空间电荷密度图用于记录三层油纸绝缘试品加电压9kV后，在3600s时长内空间电荷分布规律。第二加压不同时刻电荷分布图用于记录不同时刻空间电荷在三层试品中的分布规律。第二加压预设时间电场分布图用于记录外施9kV直流电压作用3600s后，三层试品中沿厚度方向的电场分布规律。第二撤压空间电荷密度图用于记录三层油纸绝缘试品去除外施9kV电压后，在3600s时长内的空间电荷分布规律。第二撤压不同时刻电荷分布图用于记录撤去电压后不同时刻三层试品中的空间电荷分布规律。

在其中一个实施例中，如图6所示，提供了三层油纸绝缘试品第二加压空间电荷密度图，坐标系的横坐标为两层油纸绝缘试品的电场空间分布，纵坐标为加压时间。根据坐标系中不同的颜色以及颜色的深浅变化体现不同的电荷密度，记录三层油纸绝缘试品加电压9kV后，在3600s时长内空间电荷的分布变化情况。

在其中一个实施例中，如图7所示，提供了三层油纸绝缘试品第二加压3600s电场分布图，坐标系的横坐标为三层油纸绝缘试品的电场空间分布，纵坐标为电场强度。通过图7可以看出，试品内部空间电荷积聚引起电场分布不均匀，层间界面阻碍电荷迁移使临近阴极的层间界面两侧积聚的空间电荷极性相反，正、负空间电荷积聚区域在此界面处交汇，造成此处的电场强度最大。

在其中一个实施例中，如图8所示，提供了三层油纸绝缘试品第二撤压空间电荷密度图，坐标系的横坐标为三层油纸绝缘试品的电场空间分布，纵坐标为撤压时间。根据坐标系中不同的颜色以及颜色的深浅变化体现不同的电荷密度，记录三层油纸绝缘试品去除外施9kV电压后，在3600s时长内空间电荷的分布变化情况。

在其中一个实施例中，如图9所示，提供一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之三，步骤S202，根据采集的三层油纸绝缘试品对应的第一电压信号和第二电压信号，生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图后，包括步骤S301、S401、S501、S502、S601和S602。步骤S300，根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻以及不同空间区域的分布密度，包括子步骤S301。步骤S301，在第一加压空间电荷密度图与第二加压空间电荷密度图中，确定任一时刻对应的同一空间区域内的电荷密度。步骤S400，对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括子步骤S401。步骤S401，在第二加压空间电荷密度图中，计算两个层间界面区域的电荷密度差。

例如，在加压60s时，分别记录第一加压空间电荷密度图与第二加压空间电荷密度图对应的阳极区域的空间电荷密度，并计算二者的差值，以此得出相同时间、相同区域，因油纸绝缘试品层数不同造成的电荷分布差值。

再如，第二加压空间电荷密度图中有两个层间界面空间，因此在加压60s时，记录这两个层间界面空间的电荷密度差值，以此得到层间界面增加对空间电荷分布密度的影响。

步骤S500，获得不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括子步骤S501～S502。步骤S501，在预设时长内确定出多个不相邻的时间点。步骤S502，在第一加压不同时刻电荷分布图与第二加压不同时刻电荷分布图中，分别确定不同空间区域的空间电荷在多个时间点的变化趋势，并计算出同一空间区域在多个时间点对应的空间电荷的密度差值。步骤S600，根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括子步骤S601～S602。步骤S601，在第一加压预设时间电场分布图与第二加压预设时间电场分布图中，分别确定电场强度最大值所在的空间区域。步骤S602，根据加压情况下的相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、两个层间界面区域的电荷密度差、多个时间点对应的空间电荷的密度差值以及电场强度最大值所在的空间区域，确定出加压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的分布规律。

具体地，第一加压不同时刻电荷分布图与第二加压不同时刻电荷分布图，横坐标都为空间电荷分布区域，纵坐标为电荷密度，图中的曲线为某个时间点对应的空间电荷在各个空间区域的分布密度。将多条不同时刻的曲线放入同一个加压不同时刻电荷分布图中，即可看出随时间变化各个空间区域内空间电荷密度的变化情况。

在其中一个实施例中，如图10所示，提供一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之四，步骤S202，根据采集的三层油纸绝缘试品对应的第一电压信号和第二电压信号，生成三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图后，包括步骤S302、S402、S503、S504、S603和S604。步骤S300，根据第一空间电荷分布图以及第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻以及不同空间区域的分布密度，包括子步骤S302。步骤S302，在第一撤压空间电荷密度图与第二撤压空间电荷密度图中，确定任一时刻对应的同一空间区域内的电荷密度。以步骤S400，对分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括步骤S402，在第二撤压空间电荷密度图中，计算两个层间界面区域的电荷密度差。步骤S500，获得不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括子步骤S503～S504。步骤S503，在预设时长内确定出多个不相邻的时间点。步骤S504，在第一撤压不同时刻电荷分布图与第二撤压不同时刻电荷分布图中，分别确定不同空间区域的空间电荷在多个时间点的变化趋势，并计算出同一空间区域在多个时间点对应的空间电荷的密度差值。步骤S600，根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括子步骤S603～S604。步骤S603，在第一撤压预设时间电场分布图与第二撤压预设时间电场分布图中，分别确定电场强度最大值所在的空间区域。步骤S604，根据撤压情况下的所述相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、所述两个层间界面区域的电荷密度差、所述多个时间点对应的空间电荷的密度差值，确定出撤压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的分布规律。

在其中一个实施例中，如图11所示，提供一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之五，步骤S600，根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测之前，包括步骤S701～S703，步骤S701，根据密度差值，预测四层油纸绝缘试品对应的空间电荷的分布规律，并生成四层油纸绝缘试品对应的预测第三空间电荷分布图。其中，四层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、层间界面、层间界面、阳极。

步骤S702，通过预置空间电荷测量装置，对四层油纸绝缘试品对应的空间电荷的分布数据进行采集。

步骤S703，根据采集的分布数据生成四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图，将预测第三空间电荷分布图与第三空间电荷分布图进行比对，在二者误差率小于第一预设值的情况下，确定分布规律符合预测要求。

需要说明的是，本申请实施例优选误差率小于3/C·m^-3的情况下，确定分布规律符合预测要求，在应用中，可以根据实际情况对误差率进行调整。

在其中一个实施例中，如图12所示，提供一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法流程示意图之六，步骤S703，根据采集的分布数据生成四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图，将预测第三空间电荷分布图与第三空间电荷分布图进行比对，在二者误差率小于第一预设值的情况下，确定分布规律符合预测要求后，还包括步骤S704和S605。

步骤S704，根据分布规律、双层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图、三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图，以及四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图，构建多层绝缘油纸空间电荷分布预测模型。

步骤S600，根据空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括子步骤S605。步骤S605，通过多层绝缘油纸空间电荷预测模型、以及多层油纸绝缘试品对应的层数，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测。

应该理解的是，虽然图1-图2、图9-图12的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且图1-图2、图9-图12中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在其中一个实施例中，如图13所示，提供了多层油纸绝缘空间电荷预测设备的结构示意图。多层油纸绝缘空间电荷预测设备，包括：至少一个处理器；以及，与至少一个处理器通信连接的存储器；其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被至少一个处理器执行，以使至少一个处理器能够实现上述各方法实施例中的步骤。

本申请中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置、设备、非易失性计算机存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多层油纸绝缘空间电荷预测方法，其特征在于，所述方法包括：

在加压与撤压两种情况下，通过空间电荷测量装置，分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集；

根据采集的所述电压信号，生成两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图，以及生成所述三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图；

根据所述第一空间电荷分布图以及所述第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻，以及空间电荷在电场中不同空间区域的分布密度；

对所述分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值；

获取不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值；

根据所述空间电荷的密度差值，预测四层油纸绝缘试品对应的空间电荷的分布规律，并生成所述四层油纸绝缘试品对应的预测第三空间电荷分布图；其中，所述四层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、层间界面、层间界面、阳极；

通过所述空间电荷测量装置，对所述四层油纸绝缘试品对应的空间电荷的分布数据进行采集；

根据采集的分布数据，生成所述四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图；

将所述预测第三空间电荷分布图与生成的第三空间电荷分布图进行比对，在二者误差率小于第一预设值的情况下，确定所述分布规律符合预测要求；

根据所述分布规律、所述两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图、所述三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图，以及所述四层油纸绝缘试品对应的第三空间电荷分布图，构建多层绝缘油纸空间电荷分布预测模型；

根据各所述空间电荷的密度差值、所述多层绝缘油纸空间电荷分布预测模型以及多层油纸绝缘试品分别对应的层数，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分别对两层油纸绝缘试品与三层油纸绝缘试品对应的电压信号进行采集，包括：

将电应力施加到所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上，以使所述两层油纸绝缘试品内部与所述三层油纸绝缘试品内部分别产生空间电荷；

将预置电脉冲源产生的电脉冲信号，分别作用到所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上，以使所述空间电荷产生第一扰动；

通过压电传感器将所述第一扰动产生的信号转换为第一电压信号；

将所述第一电压信号进行放大处理，并对放大处理后的所述第一电压信号进行采集；

将作用到所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上的电应力撤回，以使所述空间电荷产生第二扰动；

通过所述压电传感器将所述第二扰动产生的信号转换为第二电压信号；

将所述第二电压信号进行放大处理，并对放大处理后的第二电压信号进行采集。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将电应力施加到所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上之前，所述方法还包括：

将所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品，分别平放在所述空间电荷测量装置的试品腔内；

通过真空泵以及所述试品腔上的抽气阀，对所述试品腔内的空气进行抽取，以使所述试品腔内的真空度降至预设真空度；

将所述试品腔静置预置时长后，通过真空压力表对所述试品腔内的真空度进行测量；

所述将电应力施加到所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上，包括：

在所述真空度下降范围小于第二预设值的情况下，对所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品进行电压信号采集。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述通过压电传感器将所述第一扰动产生的信号转换为第一电压信号之前，所述方法还包括：

将通过耦合电容的所述电脉冲信号，作用到所述两层油纸绝缘试品与所述三层油纸绝缘试品上；

对所述空间电荷测量装置的电极施加校正电压；其中，所述校正电压与所述电脉冲信号的极性相反；

通过所述校正电压，抵消所述电脉冲信号对所述电压信号的影响。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据采集的所述电压信号，生成两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图，以及生成所述三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图，包括：

根据采集的所述两层油纸绝缘试品对应的所述第一电压信号和所述第二电压信号，生成所述两层油纸绝缘试品对应的第一空间电荷分布图；其中，所述两层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、阳极，所述第一空间电荷分布图包括第一加压空间电荷密度图、第一加压不同时刻电荷分布图、第一加压预设时间电场分布图，以及第一撤压空间电荷密度图、第一撤压不同时刻电荷分布图；

根据采集的所述三层油纸绝缘试品对应的所述第一电压信号和所述第二电压信号，生成所述三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图；其中，所述三层油纸绝缘试品的电场空间分布为：阴极、层间界面、层间界面、阳极，其中，所述第二空间电荷分布图包括第二加压空间电荷密度图、第二加压不同时刻电荷分布图、第二加压预设时间电场分布图，以及第二撤压空间电荷密度图、第二撤压不同时刻电荷分布图。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据采集的所述三层油纸绝缘试品对应的所述第一电压信号和所述第二电压信号，生成所述三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图之后，所述方法还包括：

所述根据所述第一空间电荷分布图以及所述第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻，以及空间电荷在电场中不同空间区域的分布密度，包括：

在所述第一加压空间电荷密度图与所述第二加压空间电荷密度图中，确定任一时刻对应的同一空间区域内的电荷密度；

所述对所述分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括：

在所述第二加压空间电荷密度图中，计算两个层间界面区域的电荷密度差；

所述获取不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括：

在预设时长内确定出多个不相邻的时间点；

在所述第一加压不同时刻电荷分布图与所述第二加压不同时刻电荷分布图中，分别确定不同空间区域的空间电荷在所述多个时间点的变化趋势，并计算出同一空间区域在所述多个时间点对应的空间电荷的密度差值；

所述根据所述空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括：

在所述第一加压预设时间电场分布图与所述第二加压预设时间电场分布图中，分别确定电场强度最大值所在的空间区域；

根据加压情况下的所述相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、所述两个层间界面区域的电荷密度差、所述多个时间点对应的空间电荷的密度差值以及所述电场强度最大值所在的空间区域，确定出加压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的分布规律。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据采集的所述三层油纸绝缘试品对应的所述第一电压信号和所述第二电压信号，生成所述三层油纸绝缘试品对应的第二空间电荷分布图之后，所述方法包括：

所述根据所述第一空间电荷分布图以及所述第二空间电荷分布图，获取空间电荷在不同时刻，以及空间电荷在电场中不同空间区域的分布密度，包括：

在所述第一撤压空间电荷密度图与所述第二撤压空间电荷密度图中，确定任一时刻对应的同一空间区域内的电荷密度；

所述对所述分布密度进行分析计算，得到不同层数的油纸绝缘试品在相同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值，包括：

在所述第二撤压空间电荷密度图中，计算两个层间界面区域的电荷密度差；

所述获取不同层数的油纸绝缘试品在不同时刻对应的同一空间区域中空间电荷的密度差值包括：

在预设时长内确定出多个不相邻的时间点；

在所述第一撤压不同时刻电荷分布图与所述第二撤压不同时刻电荷分布图中，分别确定不同空间区域的空间电荷在所述多个时间点的变化趋势，并计算出同一空间区域在所述多个时间点对应的空间电荷的密度差值；

所述根据所述空间电荷的密度差值，对多层油纸绝缘试品对应的空间电荷分布规律进行预测，包括：

在第一撤压预设时间电场分布图与第二撤压预设时间电场分布图中，分别确定电场强度最大值所在的空间区域；

根据撤压情况下的所述相同时刻对应的同一空间区域内的电荷密度、所述两个层间界面区域的电荷密度差、所述多个时间点对应的空间电荷的密度差值，确定出撤压情况下，不同层数的油纸绝缘试品产生的空间电荷的分布规律。

8.一种多层油纸绝缘空间电荷预测设备，包括：

至少一个处理器；以及，

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。

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