CN114184842A - 一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法，包括搭建了试验评估平台。通过多脉冲冲击电流发生器对氧化锌电阻片施加多重脉冲，由冲击数据采集装置测得计算能量所需数据，再将能量实测值通过智能算法与氧化锌电阻片能量吸收的理论基准值进行优化，优化后的公式在计及不同脉冲时间间隔后得到最终的能量吸收评估因子，最后对氧化锌电阻片性能进行评估；本发明的有益效果在于提供了一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法，并搭建了试验平台，能较为真实地模拟多重雷击环境，为在特殊工况下氧化锌电阻片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

一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法

技术领域

本发明属于电力系统避雷器氧化锌电阻片性能评估技术领域，特别是一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法。

背景技术

氧化锌避雷器由于其良好的非线性特性被广泛地运用于电力系统输电线路中，特别是随着我国特高压电网的大力发展，电压等级越来越高，输电杆塔高度也不断提高，避雷器在防雷方面起着不可替代的作用。避雷器内部主要是由多个氧化锌电阻片堆叠而成，氧化锌电阻片性能的优劣直接关系着避雷器的好坏，因此，对于氧化锌避雷器电阻片的性能评估不容忽视。

通常情况下，雷电不仅仅是单次的冲击，还包含两次及以上的回击，同单重雷击相比，多重雷击更容易导致氧化锌电阻片性能降低甚至损坏。此外，不同雷击的幅值、时间间隔以及脉冲数量对于氧化锌电阻片的损坏程度是不同的，吸收的能量也不同，目前国内外对于氧化锌电阻片的绝缘性能评估主要集中在单次雷击情况下的直流参数研究，而缺乏在多重雷击的情况下以能量吸收的角度对氧化锌电阻片性能进行研究，因此迫切需要一种试验平台与方法，考虑不同雷击时间间隔下，从能量吸收的角度出发，对氧化锌电阻片性能进行试验与评估，以供氧化锌电阻片的设计提高参考依据。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估平台，所述平台包括：

智能操作控制平台、多脉冲冲击电流发生器、多脉冲冲击信号控制线、冲击高压试验箱、冲击电流高压注入线缆、高压试验金属片上、高压试验金属片下、冲击电流高压回流线缆、氧化锌电阻片试验样品、冲击数据采集装置、冲击数据处理终端、冲击数据记录服务器；

所述智能操作控制平台经过多脉冲冲击信号控制线与多脉冲冲击电流发生器电连接；

所述多脉冲冲击电流发生器与冲击数据采集装置输入端相连接，并分别通过冲击电流高压注入线缆以及冲击电流高压回流线缆与高压试验金属片上和高压试验金属片下相连接，氧化锌电阻片试验样品放置于高压试验金属片上与高压试验金属片下之间，并良好接触；所述高压试验金属片上、高压试验金属片下与氧化锌电阻片试验样品均放置于冲击高压试验箱内部；

所述冲击数据采集装置的输出端与冲击数据处理终端的输入端相连接，冲击数据处理终端的输出端与冲击数据记录服务器相连接；

试验评估方法包括以下步骤：

S1：通过多脉冲冲击电流发生器对氧化锌电阻片试验样品进行多脉冲冲击试验，具体步骤为：通过操作智能控制平台设置多脉冲冲击电流发生器产生的冲击电流峰值恒定为Ip，设置多脉冲数量为N，点击智能操作控制平台上的触发按钮，触发信号经过多脉冲冲击信号控制线传输至多脉冲冲击电流发生器，多脉冲冲击电流发生器对氧化锌电阻片试验样品施加多脉冲冲击，冲击数据采集装置采集到氧化锌电阻片试验样品的残压峰值Up以及多脉冲冲击持续时间T，并将所采集到的数据传输至冲击数据处理终端进行计算处理得到吸收能量实测值wr，改变多脉冲数量，得到不同脉冲数量下的吸收能量实测值wr_j，并最终传输至冲击数据记录服务器进行保存；

S2：根据试验得到的冲击电流峰值Ip，多脉冲数量N以及多脉冲冲击持续时间T，计算多脉冲冲击下氧化锌电阻片的能量吸收基准值w：

式(1)中，A与L是氧化锌电阻片的面积和直径，N为多脉冲数量，Ip为冲击电流峰值，Up为残压峰值，T为施加多脉冲持续时间，n为误差系数，v为积分变量,w为氧化锌电阻片能量吸收的基准值；

S3：采用智能算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的n₀值，具体步骤为：

1)初始化参数，随机生成初始解n，计算目标函数f(n)：

式中，f(n)表示目标函数，w_j为第j种脉冲数量情况下的氧化锌电阻片的能量吸收基准值，由式(1)计算得到，wr_j为第j种脉冲数量情况下的能量吸收的实测值，由试验装置得到，m为对应实测值数据组数；

2)计算适应度值，并进行排序，产生更新解n'，计算目标函数△f＝f(n)-f(n')；若△f≥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4)步，否则，转第2)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2)步；

S4：根据步骤S3优化得出的最优值n₀代入公式(1)，得到优化后的氧化锌电阻片的能量吸收基准值计算公式：

式(3)中，w₀为优化后的氧化锌电阻片能量吸收基准值，n₀为优化后的误差系数；

S5：计及多脉冲的不同时间间隔下，计算对氧化锌电阻片性能的影响因素g：

式(4)中，Δt为多脉冲的时间间隔，g为不同时间间隔下的电阻片性能的影响因素；

S6：根据计算得到的优化后电阻片能量吸收基准值w₀与不同时间间隔下的电阻片性能的影响因素g，计算计及不同时间间隔下氧化锌电阻片在多脉冲冲击下的能量吸收评估因子w_i：

式(5)中，w_s为氧化锌电阻片吸收能量临界标准值，w_i为能量吸收评估因子；

S7：基于上述步骤进行评估，当w_i∈(0，1]时，表征氧化锌电阻片性能状态正常；当w_i∈(1，+∞)时，表征氧化锌电阻片性能已大幅度降低，应尽快更换。

本发明的有益效果在于：

(1)通过搭建一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估平台，能较为真实地模拟自然环境中避雷器遭受多重雷击冲击的实际情况；

(2)试验装置能准确地控制多重脉冲的数量、幅值以及时间间隔，有利于计算能量参数所需数据的测量以及对脉冲幅值、数量及时间间隔下氧化锌电阻片性能的评估；

(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氧化锌电阻片进行试验，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。一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法具体实施方式包括以下步骤：

如图1所示，一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估平台包括：

智能操作控制平台(1)、多脉冲冲击电流发生器(2)、多脉冲冲击信号控制线(3)、冲击高压试验箱(4)、冲击电流高压注入线缆(5)、高压试验金属片上(61)、高压试验金属片下(62)、冲击电流高压回流线缆(7)、氧化锌电阻片试验样品(8)、冲击数据采集装置(9)、冲击数据处理终端(10)、冲击数据记录服务器(11)；

所述智能操作控制平台(1)经过多脉冲冲击信号控制线(3)与多脉冲冲击电流发生器(2)电连接；

所述多脉冲冲击电流发生器(2)与冲击数据采集装置(9)输入端相连接，并分别通过冲击电流高压注入线缆(5)以及冲击电流高压回流线缆(7)与高压试验金属片上(61)和高压试验金属片下(62)相连接，氧化锌电阻片试验样品(8)放置于高压试验金属片上(61)与高压试验金属片下(62)之间，并良好接触；所述高压试验金属片上(61)、高压试验金属片下(62)与氧化锌电阻片试验样品(8)均放置于冲击高压试验箱内部；

所述冲击数据采集装置(9)的输出端与冲击数据处理终端(10)的输入端相连接，冲击数据处理终端(10)的输出端与冲击数据记录服务器(11)相连接；

基于上述一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估平台的评估方法包括以下步骤：

S1：通过多脉冲冲击电流发生器(2)对氧化锌电阻片试验样品(8)进行多脉冲冲击试验，具体步骤为：通过智能操作控制平台(1)设置多脉冲冲击电流发生器(2)产生的冲击电流峰值恒定为Ip，设置多脉冲数量为N，点击智能操作控制平台(1)上的触发按钮，触发信号经过多脉冲冲击信号控制线(3)传输至多脉冲冲击电流发生器(2)，多脉冲冲击电流发生器(2)对氧化锌电阻片试验样品(8)施加多脉冲冲击，冲击数据采集装置(9)采集到氧化锌电阻片试验样品(8)的残压峰值Up以及多脉冲冲击持续时间T，并将所采集到的数据传输至冲击数据处理终端(10)进行计算处理得到吸收能量实测值wr，改变多脉冲数量，得到不同脉冲数量下的吸收能量实测值wr_j，并最终传输至冲击数据记录服务器(11)进行保存；

S2：根据试验得到的冲击电流峰值Ip，多脉冲数量N以及多脉冲冲击持续时间T，计算多脉冲冲击下氧化锌电阻片的能量吸收基准值w：

式(1)中，A与L是氧化锌电阻片的面积和直径，N为多脉冲数量，Ip为冲击电流峰值，Up为残压峰值，T为施加多脉冲持续时间，n为误差系数，v为积分变量,w为氧化锌电阻片能量吸收的基准值；

S3：采用智能算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的n₀值，具体步骤为：

1)初始化参数，随机生成初始解n，计算目标函数f(n)：

式中，f(n)表示目标函数，w_j为第j种脉冲数量情况下的氧化锌电阻片的能量吸收基准值，由式(1)计算得到，wr_j为第j种脉冲数量情况下的能量吸收的实测值，由试验装置得到，m为对应实测值数据组数；

2)计算适应度值，并进行排序，产生更新解n'，计算目标函数△f＝f(n)-f(n')；若△f≥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4)步，否则，转第2)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2)步；

S4：根据步骤S3优化得出的最优值n₀代入公式(1)，得到优化后的氧化锌电阻片的能量吸收基准值计算公式：

式(3)中，w₀为优化后的氧化锌电阻片能量吸收基准值，n₀为优化后的误差系数；

S5：计及多脉冲的不同时间间隔下，计算对氧化锌电阻片性能的影响因素g：

式(4)中，Δt为多脉冲的时间间隔，g为不同时间间隔下的电阻片性能的影响因素；

S6：根据计算得到的优化后电阻片能量吸收基准值w₀与不同时间间隔下的电阻片性能的影响因素g，计算计及不同时间间隔下氧化锌电阻片在多脉冲冲击下的能量吸收评估因子w_i：

式(5)中，w_s为氧化锌电阻片吸收能量临界标准值，w_i为能量吸收评估因子；

S7：基于上述步骤进行评估，当w_i∈(0，1]时，表征氧化锌电阻片性能状态正常；当w_i∈(1，+∞)时，表征氧化锌电阻片性能已大幅度降低，应尽快更换。

Claims (1)

1.一种基于能量吸收的多脉冲下ZnO电阻片性能评估方法，其特征在于，该ZnO电阻片性能评估方法是基于ZnO电阻片性能试验评估平台，该平台包括智能操作控制平台(1)、多脉冲冲击电流发生器(2)、多脉冲冲击信号控制线(3)、冲击高压试验箱(4)、冲击电流高压注入线缆(5)、高压试验金属片上(61)、高压试验金属片下(62)、冲击电流高压回流线缆(7)、氧化锌电阻片试验样品(8)、冲击数据采集装置(9)、冲击数据处理终端(10)、冲击数据记录服务器(11)；

所述智能操作控制平台(1)经过多脉冲冲击信号控制线(3)与多脉冲冲击电流发生器(2)电连接；

所述多脉冲冲击电流发生器(2)与冲击数据采集装置(9)输入端相连接，并分别通过冲击电流高压注入线缆(5)以及冲击电流高压回流线缆(7)与高压试验金属片上(61)和高压试验金属片下(62)相连接，氧化锌电阻片试验样品(8)放置于高压试验金属片上(61)与高压试验金属片下(62)之间，并良好接触；所述高压试验金属片上(61)、高压试验金属片下(62)与氧化锌电阻片试验样品(8)均放置于冲击高压试验箱内部；

所述冲击数据采集装置(9)的输出端与冲击数据处理终端(10)的输入端相连接，冲击数据处理终端(10)的输出端与冲击数据记录服务器(11)相连接；

试验评估方法包括以下步骤：

S1：通过多脉冲冲击电流发生器(2)对氧化锌电阻片试验样品(8)进行多脉冲冲击试验，具体步骤为：通过智能操作控制平台(1)设置多脉冲冲击电流发生器(2)产生的冲击电流峰值恒定为Ip，设置多脉冲数量为N，点击智能操作控制平台(1)上的触发按钮，触发信号经过多脉冲冲击信号控制线(3)传输至多脉冲冲击电流发生器(2)，多脉冲冲击电流发生器(2)对氧化锌电阻片试验样品(8)施加多脉冲冲击，冲击数据采集装置(9)采集到氧化锌电阻片试验样品(8)的残压峰值Up以及多脉冲冲击持续时间T，并将所采集到的数据传输至冲击数据处理终端(10)进行计算处理得到吸收能量实测值wr，改变多脉冲数量，得到不同脉冲数量下的吸收能量实测值wr_j，并最终传输至冲击数据记录服务器(11)进行保存；

S2：根据试验得到的冲击电流峰值Ip，多脉冲数量N以及多脉冲冲击持续时间T，计算多脉冲冲击下氧化锌电阻片的能量吸收基准值w：

式(1)中，A与L是氧化锌电阻片的面积和直径，N为多脉冲数量，Ip为冲击电流峰值，Up为残压峰值，T为施加多脉冲持续时间，n为误差系数，v为积分变量,w为氧化锌电阻片能量吸收的基准值；

S3：采用智能算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的n₀值，具体步骤为：

1)初始化参数，随机生成初始解n，计算目标函数f(n)：

式中，f(n)表示目标函数，w_j为第j种脉冲数量情况下的氧化锌电阻片的能量吸收基准值，wr_j为第j种脉冲数量情况下的能量吸收的实测值，m为对应实测值数据组数；

2)计算适应度值，并进行排序，产生更新解n'，计算目标函数△f＝f(n)-f(n')；若△f≥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4)步，否则，转第2)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2)步；

S4：根据步骤S3优化得出的最优值n₀代入公式(1)，得到优化后的氧化锌电阻片的能量吸收基准值计算公式：

式(3)中，w₀为优化后的氧化锌电阻片能量吸收基准值，n₀为优化后的误差系数；

S5：计及多脉冲的不同时间间隔下，计算对氧化锌电阻片性能的影响因素g：

式(4)中，Δt为多脉冲的时间间隔，g为不同时间间隔下的电阻片性能的影响因素；

S6：根据计算得到的优化后电阻片能量吸收基准值w₀与不同时间间隔下的电阻片性能的影响因素g，计算计及不同时间间隔下氧化锌电阻片在多脉冲冲击下的能量吸收评估因子w_i：

式(5)中，w_s为氧化锌电阻片吸收能量临界标准值，w_i为能量吸收评估因子；

S7：基于上述步骤进行评估，当w_i∈(0，1]时，表征氧化锌电阻片性能状态正常；当w_i∈(1，+∞)时，表征氧化锌电阻片性能已大幅度降低，应尽快更换。

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