CN114325268B - 考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法及系统 - Google Patents

Abstract

针对直流条件下绝缘材料所承受的真实场强易受到直流场强畸变影响，从而与外施场强存在差异的问题，本发明提供一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法及系统，通过电声脉冲测试系统进行恒压加速寿命实验，将绝缘材料直流场强下场强畸变的复杂影响通过本征寿命曲线与视在寿命曲线的位置关系进行表征，使得影响方式的表示更加形象，并且依据本征寿命曲线与视在寿命曲线的反幂模型参数进行计算，得到平移因子和旋转因子，进而改进反幂电寿命模型的表达式，使改进后的反幂电寿命模型能够适应于直流场强畸变影响下的应用。本申请能够降低场强畸变对反幂电寿命模型的影响，并能够高精度地预测固体绝缘材料的剩余电寿命。

Description

考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法及系统

技术领域

本发明涉及固体绝缘电寿命技术领域，具体涉及一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法及系统。

背景技术

目前，利用反幂电寿命模型来描述固体绝缘层所承受的外施直流电压与绝缘失效时间的特性关系，但在长期直流运行状态下，由于场强畸变现象，会加速固体绝缘层的老化进程。因此在该情况下，再利用已有的反幂电寿命模型进行固体绝缘材料电寿命预测时会产生较大误差，而使用固体绝缘材料如交联聚乙烯电缆的意外故障会产生巨大的经济损失，因此需要对现有的反幂电寿命模型进行改进，使得预测固体绝缘材料剩余寿命更加准确。

发明内容

针对现有固体绝缘材料电寿命预测时没有考虑场强畸变效应影响，从而影响预测准确性的技术问题，本发明提供一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，该方法通过电声脉冲测试系统进行恒压加速寿命实验来改进现有的反幂电寿命模型，并得到改进的反幂电寿命模型。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，包括以下步骤：

S1、选择多个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品；

S2、对样品加压依次进行直流短时击穿获取击穿电压值，并以此击穿电压值大小的0.75～0.85倍作为实验电压；

S3、采用电声脉冲测试系统对一组样品依次进行恒压加速寿命实验，使样品内部的空间电荷产生位移，所加电压为上述的实验电压；

S4、根据所述恒压加速寿命实验进行加压至样品绝缘失效，并采集从加压开始至绝缘失效时间内样品内部承受的实际场强，实际承受场强按下式求得：

式中，E_r0为样品初始的实际承受场强，A为比例常数，τ为时间常数，t为加压时间；

S5、计算样品内部实际承受场强达到稳定的时间，场强稳定时间按下式求得：

E_r'＝ΔE_r

式中，E_r'为对E_r(t)求导，ΔE_r为样品实际承受场强的稳定范围；

S6、用均方根值等效从场强稳定到绝缘失效时段内样品内部实际承受的电场强度，作为该加压测试中E_r的等效电压，通过本步骤可获得由场强均方根值与绝缘失效时间组成的一个失效数据，场强均方根值具体通过下式求得：

式中，E_r为实际承受场强，t_i为第i次采样的时间点，N为从加压开始至绝缘失效时间内总共的采样次数；

S7、顺序重复步骤S3～S6，对多组相同规格的实验样品进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，获得符合双参数Weibull分布的不同失效数据；

S8、将场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b作为本征失效数据，将外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b作为视在失效数据；

S9、利用所述本征失效数据和视在失效数据在双对数坐标系下进行线性拟合，分别得到两种寿命曲线，寿命曲线在双对数坐标系下的线性通过下式表示：

lnt＝-nlnE+ln C

式中，t为样品绝缘失效的时间，E为样品承受的场强，n与C为反幂电寿命模型中的参数，lnE为坐标系横坐标，lnt为坐标系纵坐标；

S10、根据两种寿命曲线的斜率与截距分别获得对应反幂电寿命模型中的参数n和C；

S11、根据实验中由于样品内部实际承受场强与外施场强的不同，将由场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为本征寿命曲线，将由外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为视在寿命曲线；

S12、将获得的本征寿命曲线和视在寿命曲线进行对比，得到本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置关系发生了明显的平移与旋转；

S13、将本征寿命曲线进行平移与旋转得到视在寿命曲线，用平移因子来表示平移量，用旋转因子来表示旋转量，所述平移因子和旋转因子分别按下式求得：

n_a＝βn_r

式中，C_a为视在寿命曲线的累计损伤量，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，n_a为视在寿命曲线的电压耐受指数，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子；

S14、利用获得的平移因子和旋转因子对已有的反幂电寿命模型进行改进，改进后的反幂电寿命模型表达式如下：

式中，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，E_r为实际承受场强，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。

进一步，所述多个相同规格的交联聚乙烯薄片在绝缘失效过程中，在同等实验条下达到绝缘失效的时间不同。

进一步，所述步骤S5中将样品实际承受场强随加压时间在场强稳定区间波动作为场强稳定的判据。

进一步，所述步骤S8中利用双参数Weibull分布模型对获得的场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b进行统计分析，筛选出符合Weibull分布的失效数据作为曲线拟合的样本数据。

进一步，所述步骤S12中将本征寿命曲线和视在寿命曲线拟合在同一坐标系中，对比出本征寿命曲线和视在寿命曲线之间的位置关系。

本发明还提供一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进系统，包括：

样品选择模块，用于选择多个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品；

加压值设置模块，用于对样品加压依次进行直流短时击穿获取击穿电压值，并以此击穿电压值大小的0.75～0.85倍作为实验电压；

恒压实验模块，用于采用电声脉冲测试系统对一组样品依次进行恒压加速寿命实验，使样品内部的空间电荷产生位移，所加电压为上述的实验电压；

场强数据采集模块，用于根据所述恒压加速寿命实验进行加压至样品绝缘失效，并采集从加压开始至绝缘失效时间内样品内部承受的实际场强，实际承受场强按下式求得：

式中，E_r0为样品初始的实际承受场强，A为比例常数，τ为时间常数，t为加压时间；

场强稳定时间计算模块，用于计算样品内部实际承受场强达到稳定的时间，场强稳定时间按下式求得：

E_r'＝ΔE_r

式中，E_r'为对E_r(t)求导，ΔE_r为样品实际承受场强的稳定范围；

等效场强计算模块，用于用均方根值等效从场强稳定到绝缘失效时段内样品内部实际承受的电场强度，作为该加压测试中E_r的等效电压，通过本模块可获得由场强均方根值与绝缘失效时间组成的一个失效数据，场强均方根值具体通过下式求得：

式中，E_r为实际承受场强，t_i为第i次采样的时间点，N为从加压开始至绝缘失效时间内总共的采样次数；

重复实验模块，用于顺序重复恒压实验模块、场强数据采集模块、场强稳定时间计算模块和等效场强计算模块，对多组相同规格的实验样品进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，获得符合双参数Weibull分布的不同失效数据；

失效数据统计模块，用于将场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b作为本征失效数据，将外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b作为视在失效数据；

线性拟合模块，用于利用所述本征失效数据和视在失效数据在双对数坐标系下进行线性拟合，分别得到两种寿命曲线，寿命曲线在双对数坐标系下的线性通过下式表示：

lnt＝-nlnE+lnC

式中，t为样品绝缘失效的时间，E为样品承受的场强，n与C为反幂电寿命模型中的参数，lnE为坐标系横坐标，lnt为坐标系纵坐标；

参数获取模块，用于根据两种寿命曲线的斜率与截距分别获得对应反幂电寿命模型中的参数n和C；

曲线定义模块，用于根据实验中由于样品内部实际承受场强与外施场强的不同，将由场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为本征寿命曲线，将由外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为视在寿命曲线；

拟合对比模块，用于将获得的本征寿命曲线和视在寿命曲线进行对比，得到本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置关系发生了明显的平移与旋转；

修正因子获取模块，用于将本征寿命曲线进行平移与旋转得到视在寿命曲线，用平移因子来表示平移量，用旋转因子来表示旋转量，所述平移因子和旋转因子分别按下式求得：

n_a＝βn_r

式中，C_a为视在寿命曲线的累计损伤量，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，n_a为视在寿命曲线的电压耐受指数，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子；

模型改进模块，用于利用获得的平移因子和旋转因子对已有的反幂电寿命模型进行改进，改进后的反幂电寿命模型表达式如下：

式中，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，E_r为实际承受场强，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。

与现有技术相比，本发明提供的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法及系统，通过电声脉冲测试系统进行恒压加速寿命实验，使得样品老化过程的相关量更便于观测统计，将直流场强下场强畸变的复杂影响通过本征寿命曲线与视在寿命曲线的位置关系进行表征，使得影响方式的表示更加形象，并且依据两种寿命曲线的反幂模型参数进行计算，得到平移因子和旋转因子，进而改进反幂电寿命模型的表达式，由此能够降低场强畸变对反幂电寿命模型的影响，并能够高精度地预测固体绝缘材料的剩余电寿命。

附图说明

图1是本发明提供的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法流程示意图。

图2是本发明提供的PEA测试系统的结构框图。

图3是本发明提供的用于说明仅平移因子对视在寿命曲线影响的示意图。

图4是本发明提供的用于说明仅旋转因子对视在寿命曲线影响的示意图。

图5是本发明提供的本征寿命曲线和视在寿命曲线在双对数坐标系下的曲线图。

图中，1、高压直流电源；2、高压脉冲发生器；3、电极；4、样品；5、压力传感器；6、示波器；7、计算机。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

请参考图1至图5所示，本发明提供一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，该方法根据直流场强畸变对反幂电寿命模型的影响，对现有反幂电寿命模型进行改进，使之能够适用于直流场强下工作的交联聚乙烯电缆，所述方法包括以下步骤：

S1、选择多个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品，例如选择不少于5个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品，来达到减少实验时间的目的；具体地，样品尺寸会影响恒压条件下的绝缘击穿时间，电缆绝缘击穿的原因多为电应力与热应力混合作用，在测试其击穿场强之前，预估样品击穿场强数值范围，根据实验条件选择合适厚度的交联聚乙烯样品并设置加压场强范围。

S2、对样品加压依次进行直流短时击穿获取击穿电压值，并以此击穿电压值大小的0.75～0.85倍作为实验电压；优选地，以击穿电压值大小的0.8倍作为实验电压，由此可以避免对设备造成损伤及加速样品绝缘失效的时间过长。

S3、采用电声脉冲(Pulsed Electro Acoustic，PEA)测试系统对一组样品依次进行恒压加速寿命实验，使样品内部的空间电荷产生位移，所加电压为上述步骤S2中的实验电压；具体地，现有PEA测试系统的结构框图如图2所示，其利用高压直流电源1提供电压作用于电极3对样品4进行加速寿命试验，高压脉冲发生器2施加脉冲作用于电极3，使样品4内部的空间电荷产生位移，该位移的作用可以被压力传感器5采集，从而以电信号的形式在示波器6进行显示，最终在计算机7中显示出样品4在加压过程中其内部的空间电荷密度。

S4、根据所述恒压加速寿命实验进行加压至样品绝缘失效，并采集从加压开始至绝缘失效时间内样品内部承受的实际场强，在此过程中，外施恒定场强用E_a表示，绝缘失效时间用t_b表示，样品内部承受实际场强用E_r表示，实际承受场强具体按下式求得：

式中，E_r0为样品初始的实际承受场强，A为比例常数，τ为时间常数，t为加压时间。

S5、对所得的E_r数据进行非线性拟合，得到E_r随加压时间t的变化规律曲线E_r-t，通过得到的E_r-t曲线观察E_r的近似稳定时间，计算该近似稳定场强的波动范围，在满足工程允许误差的范围内，选取合适的场强波动范围作为E_r达到稳定的判据，即将样品实际承受场强随加压时间在场强稳定区间如5％的范围内波动作为场强稳定的判据；计算样品内部实际承受场强达到稳定的时间，场强稳定时间按下式求得：

E_r'＝ΔE_r 式(2)

式中，E_r'为对E_r(t)即式(1)求导，ΔE_r为样品实际承受场强的稳定范围。

S6、用均方根值等效从场强稳定到绝缘失效时段内样品内部实际承受的电场强度，作为该加压测试中E_r的等效电压，通过本步骤可获得由场强均方根值与绝缘失效时间组成的一个失效数据，场强均方根值具体通过下式求得：

式中，E_r为实际承受场强，t_i为第i次采样的时间点，N为从加压开始至绝缘失效时间内总共的采样次数。

S7、顺序重复步骤S3～S6，对多组相同规格的实验样品进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，获得符合双参数Weibull分布的不同失效数据；具体地，为判断失效数据的个数是否满足寿命曲线拟合的要求，本步骤通过对多组相同规格的实验样品反复进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，利用样品绝缘失效的随机性与分散性来获取不同的失效数据，具体可根据实验精度要求的不同来设置试验次数，进而得到满足实验要求的失效数据量，将失效数据个数满足曲线拟合要求作为结束判据，具体进行拟合的失效数据点个数不少于三个。

S8、将场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b作为本征失效数据，将外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b作为视在失效数据，从而实现失效数据统计；而从步骤S7中对于失效数据点个数满足曲线拟合的要求可知，所述本征失效数据至少包括有三个失效数据(E_rm1,t_b1)、(E_rm2,t_b2)、(E_rm3,t_b3)，所述视在失效数据至少包括有三个失效数据(E_a1,t_b1)、(E_a2,t_b2)、(E_a3,t_b3)。

S9、利用所述本征失效数据和视在失效数据在双对数坐标系下进行线性拟合，分别得到两种寿命曲线，寿命曲线在双对数坐标系下的线性通过下式表示：

lnt＝-nlnE+lnC 式(4)

式中，t为样品绝缘失效的时间，E为样品承受的场强，n与C为反幂电寿命模型中的参数，lnE为坐标系横坐标，lnt为坐标系纵坐标。

S10、根据两种寿命曲线的斜率与截距分别获得对应反幂电寿命模型中的参数n和C，即由斜率获取参数n，由截距获取参数C，具体请参考图5所示。

S11、根据实验中由于样品内部实际承受场强与外施场强的不同，将由场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为本征寿命曲线(Intrinsic LifeCurve，ILC)，将由外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为视在寿命曲线(Apparent Life Curve，ALC)，即根据所述两种失效数据的特征，将其对应的电寿命曲线分别定义为本征寿命曲线与视在寿命曲线。

S12、将获得的本征寿命曲线和视在寿命曲线进行对比，得到本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置关系发生了明显的平移与旋转，因此利用平移与旋转的方式对本征寿命曲线进行修正。

S13、将本征寿命曲线进行平移与旋转得到视在寿命曲线，用平移因子来表示平移量，平移因子单独作用时对寿命曲线的影响如图3所示，用旋转因子来表示旋转量，旋转因子单独作用时对寿命曲线的影响如图4所示，所述平移因子和旋转因子分别按下式求得：

n_a＝βn_r 式(6)

式中，C_a为视在寿命曲线的累计损伤量，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，n_a为视在寿命曲线的电压耐受指数，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。本步骤中通过引入平移因子α与旋转因子β来表征步骤S12中的平移与旋转，将场强畸变引起的本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置变化对应为反幂电寿命模型在相同场强下的参数变化。

S14、利用获得的平移因子和旋转因子对已有的反幂电寿命模型进行修正改进，该修正方式为：将原反幂电寿命模型参数n乘以β倍，常数C取α次幂，进而得到新的反幂电寿命模型表达式，修正改进后的反幂电寿命模型表达式如下：

式中，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，E_r为实际承受场强，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。

作为具体实施例，所述多个相同规格的交联聚乙烯薄片在绝缘失效过程中，在同等实验条下达到绝缘失效的时间不同，以此获得多个不同的失效数据。

作为具体实施例，在进行失效数据统计时，并非所得失效数据都能表征样品的失效概率，因此在所述步骤S8中利用双参数Weibull分布模型对获得的场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b进行统计分析，获得表征失效概率的统计值，筛选出符合Weibull分布的失效数据作为曲线拟合的样本数据，选取表征失效的E_rm与t_b组成数据点(E_rm，t_b)，将E_a作用下得到的失效数据组成数据点(E_a，t_b)。

作为具体实施例，请参考图5所示，所述步骤S12中将本征寿命曲线和视在寿命曲线拟合在同一坐标系中，由此可以很方便地对比出本征寿命曲线和视在寿命曲线之间的位置关系。

本发明还提供一种考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进系统，包括：

样品选择模块，用于选择多个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品，例如选择不少于5个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品，来达到减少实验时间的目的；具体地，样品尺寸会影响恒压条件下的绝缘击穿时间，电缆绝缘击穿的原因多为电应力与热应力混合作用，在测试其击穿场强之前，预估样品击穿场强数值范围，根据实验条件选择合适厚度的交联聚乙烯样品并设置加压场强范围。

加压值设置模块，用于对样品加压依次进行直流短时击穿获取击穿电压值，并以此击穿电压值大小的0.75～0.85倍作为实验电压；优选地，以击穿电压值大小的0.8倍作为实验电压，由此可以避免对设备造成损伤及加速样品绝缘失效的时间过长。

恒压实验模块，用于采用电声脉冲(Pulsed Electro Acoustic，PEA)测试系统对一组样品依次进行恒压加速寿命实验，使样品内部的空间电荷产生位移，所加电压为上述加压值设置模块中的实验电压；具体地，现有PEA测试系统的结构框图如图2所示，其利用高压直流电源1提供电压作用于电极3对样品4进行加速寿命试验，高压脉冲发生器2施加脉冲作用于电极3，使样品4内部的空间电荷产生位移，该位移的作用可以被压力传感器5采集，从而以电信号的形式在示波器6进行显示，最终在计算机7中显示出样品4在加压过程中其内部的空间电荷密度。

场强数据采集模块，用于根据所述恒压加速寿命实验进行加压至样品绝缘失效，并采集从加压开始至绝缘失效时间内样品内部承受的实际场强，在此过程中，外施恒定场强用E_a表示，绝缘失效时间用t_b表示，样品内部承受实际场强用E_r表示，实际承受场强按下式求得：

式中，E_r0为样品初始的实际承受场强，A为比例常数，τ为时间常数，t为加压时间。

场强稳定时间计算模块，用于对所得的E_r数据进行非线性拟合，得到E_r随加压时间t的变化规律曲线E_r-t，通过得到的E_r-t曲线观察E_r的近似稳定时间，计算该近似稳定场强的波动范围，在满足工程允许误差的范围内，选取合适的场强波动范围作为E_r达到稳定的判据，即将样品实际承受场强随加压时间在场强稳定区间如5％的范围内波动作为场强稳定的判据；计算样品内部实际承受场强达到稳定的时间，场强稳定时间按下式求得：

E_r'＝ΔE_r 式(2)

式中，E_r'为对E_r(t)即式(1)求导，ΔE_r为样品实际承受场强的稳定范围。

等效场强计算模块，用于用均方根值等效从场强稳定到绝缘失效时段内样品内部实际承受的电场强度，作为该加压测试中E_r的等效电压，通过本模块可获得由场强均方根值与绝缘失效时间组成的一个失效数据，场强均方根值具体通过下式求得：

式中，E_r为实际承受场强，t_i为第i次采样的时间点，N为从加压开始至绝缘失效时间内总共的采样次数。

重复实验模块，用于顺序重复恒压实验模块、场强数据采集模块、场强稳定时间计算模块和等效场强计算模块，对多组相同规格的实验样品进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，获得符合双参数Weibull分布的不同失效数据；具体地，为判断失效数据的个数是否满足寿命曲线拟合的要求，本模块通过对多组相同规格的实验样品反复进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，利用样品绝缘失效的随机性与分散性来获取不同的失效数据，具体可根据实验精度要求的不同来设置试验次数，进而得到满足实验要求的失效数据量，将失效数据个数满足曲线拟合要求作为结束判据。

失效数据统计模块，用于将场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b作为本征失效数据，将外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b作为视在失效数据，从而实现失效数据统计。

线性拟合模块，用于利用所述本征失效数据和视在失效数据在双对数坐标系下进行线性拟合，分别得到两种寿命曲线，寿命曲线在双对数坐标系下的线性通过下式表示：

lnt＝-nlnE+lnC 式(4)

式中，t为样品绝缘失效的时间，E为样品承受的场强，n与C为反幂电寿命模型中的参数，lnE为坐标系横坐标，lnt为坐标系纵坐标。

参数获取模块，用于根据两种寿命曲线的斜率与截距分别获得对应反幂电寿命模型中的参数n和C，即由斜率获取参数n，由截距获取参数C，具体请参考图5所示。

曲线定义模块，用于根据实验中由于样品内部实际承受场强与外施场强的不同，将由场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为本征寿命曲线(Intrinsic Life Curve，ILC)，将由外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为视在寿命曲线(Apparent Life Curve，ALC)，即根据所述两种失效数据的特征，将其对应的电寿命曲线分别定义为本征寿命曲线与视在寿命曲线。

拟合对比模块，用于将获得的本征寿命曲线和视在寿命曲线进行对比，得到本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置关系发生了明显的平移与旋转，因此利用平移与旋转的方式对本征寿命曲线进行修正。

修正因子获取模块，用于将本征寿命曲线进行平移与旋转得到视在寿命曲线，用平移因子来表示平移量，用旋转因子来表示旋转量，所述平移因子和旋转因子分别按下式求得：

n_a＝βn_r 式(6)

式中，C_a为视在寿命曲线的累计损伤量，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，n_a为视在寿命曲线的电压耐受指数，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。本模块中通过引入平移因子α与旋转因子β来表征拟合对比模块中的平移与旋转，将场强畸变引起的本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置变化对应为反幂电寿命模型在相同场强下的参数变化。

模型改进模块，用于利用获得的平移因子和旋转因子对已有的反幂电寿命模型进行改进，该修正方式为：将原反幂电寿命模型参数n乘以β倍，常数C取α次幂，进而得到新的反幂电寿命模型表达式，修正改进后的反幂电寿命模型表达式如下：

式中，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，E_r为实际承受场强，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。

与现有技术相比，本发明提供的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法及系统，通过电声脉冲测试系统进行恒压加速寿命实验，使得样品老化过程的相关量更便于观测统计，将直流场强下场强畸变的复杂影响通过本征寿命曲线与视在寿命曲线的位置关系进行表征，使得影响方式的表示更加形象，并且依据两种寿命曲线的反幂模型参数进行计算，得到平移因子和旋转因子，进而改进反幂电寿命模型的表达式，由此能够降低场强畸变对反幂电寿命模型的影响，并能够高精度地预测固体绝缘材料的剩余电寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (6)

1.考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、选择多个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品；

S2、对样品加压依次进行直流短时击穿获取击穿电压值，并以此击穿电压值大小的0.75～0.85倍作为实验电压；

S3、采用电声脉冲测试系统对一组样品依次进行恒压加速寿命实验，使样品内部的空间电荷产生位移，所加电压为上述的实验电压；

S4、根据所述恒压加速寿命实验进行加压至样品绝缘失效，并采集从加压开始至绝缘失效时间内样品内部承受的实际场强，实际承受场强按下式求得：

式中，E_r0为样品初始的实际承受场强，A为比例常数，τ为时间常数，t为加压时间；

S5、计算样品内部实际承受场强达到稳定的时间，场强稳定时间按下式求得：

E_r'＝△E_r

式中，E_r'为对E_r(t)求导，△E_r为样品实际承受场强的稳定范围；

S6、用均方根值等效从场强稳定到绝缘失效时段内样品内部实际承受的电场强度，作为E_r的等效电压，通过本步骤可获得由场强均方根值与绝缘失效时间组成的一个失效数据，场强均方根值具体通过下式求得：

式中，E_r为实际承受场强，t_i为第i次采样的时间点，N为从加压开始至绝缘失效时间内总共的采样次数；

S7、顺序重复步骤S3～S6，对多组相同规格的实验样品进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，获得符合双参数Weibull分布的不同失效数据；

S8、将场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b作为本征失效数据，将外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b作为视在失效数据；

S9、利用所述本征失效数据和视在失效数据在双对数坐标系下进行线性拟合，分别得到两种寿命曲线，寿命曲线在双对数坐标系下的线性通过下式表示：

lnt＝-nlnE+ln C

式中，t为样品绝缘失效的时间，E为样品承受的场强，n与C为反幂电寿命模型中的参数，lnE为坐标系横坐标，lnt为坐标系纵坐标；

S10、根据两种寿命曲线的斜率与截距分别获得对应反幂电寿命模型中的参数n和C；

S11、根据实验中由于样品内部实际承受场强与外施场强的不同，将由场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为本征寿命曲线，将由外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为视在寿命曲线；

S12、将获得的本征寿命曲线和视在寿命曲线进行对比，得到本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置关系发生了明显的平移与旋转；

S13、将本征寿命曲线进行平移与旋转得到视在寿命曲线，用平移因子来表示平移量，用旋转因子来表示旋转量，所述平移因子和旋转因子分别按下式求得：

n_a＝βn_r

式中，C_a为视在寿命曲线的累计损伤量，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，n_a为视在寿命曲线的电压耐受指数，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子；

S14、利用获得的平移因子和旋转因子对已有的反幂电寿命模型进行改进，改进后的反幂电寿命模型表达式如下：

式中，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，E_r为实际承受场强，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。

2.根据权利要求1所述的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，其特征在于，所述多个相同规格的交联聚乙烯薄片在绝缘失效过程中，在同等实验条下达到绝缘失效的时间不同。

3.根据权利要求1所述的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，其特征在于，所述步骤S5中将样品实际承受场强随加压时间在场强稳定区间波动作为场强稳定的判据。

4.根据权利要求1所述的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，其特征在于，所述步骤S8中利用双参数Weibull分布模型对获得的场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b进行统计分析，筛选出符合Weibull分布的失效数据作为曲线拟合的样本数据。

5.根据权利要求1所述的考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进方法，其特征在于，所述步骤S12中将本征寿命曲线和视在寿命曲线拟合在同一坐标系中，对比出本征寿命曲线和视在寿命曲线之间的位置关系。

6.考虑直流场强畸变影响的反幂电寿命模型改进系统，其特征在于，包括：

样品选择模块，用于选择多个相同规格的交联聚乙烯薄片作为一组实验样品；

加压值设置模块，用于对样品加压依次进行直流短时击穿获取击穿电压值，并以此击穿电压值大小的0.75～0.85倍作为实验电压；

恒压实验模块，用于采用电声脉冲测试系统对一组样品依次进行恒压加速寿命实验，使样品内部的空间电荷产生位移，所加电压为上述的实验电压；

场强数据采集模块，用于根据所述恒压加速寿命实验进行加压至样品绝缘失效，并采集从加压开始至绝缘失效时间内样品内部承受的实际场强，实际承受场强按下式求得：

式中，E_r0为样品初始的实际承受场强，A为比例常数，τ为时间常数，t为加压时间；

场强稳定时间计算模块，用于计算样品内部实际承受场强达到稳定的时间，场强稳定时间按下式求得：

E_r'＝△E_r

式中，E_r'为对E_r(t)求导，△E_r为样品实际承受场强的稳定范围；

等效场强计算模块，用于用均方根值等效从场强稳定到绝缘失效时段内样品内部实际承受的电场强度，作为E_r的等效电压，通过本模块可获得由场强均方根值与绝缘失效时间组成的一个失效数据，场强均方根值具体通过下式求得：

式中，E_r为实际承受场强，t_i为第i次采样的时间点，N为从加压开始至绝缘失效时间内总共的采样次数；

重复实验模块，用于顺序重复恒压实验模块、场强数据采集模块、场强稳定时间计算模块和等效场强计算模块，对多组相同规格的实验样品进行不同外施场强下的恒压加速寿命实验，获得符合双参数Weibull分布的不同失效数据；

失效数据统计模块，用于将场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b作为本征失效数据，将外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b作为视在失效数据；

线性拟合模块，用于利用所述本征失效数据和视在失效数据在双对数坐标系下进行线性拟合，分别得到两种寿命曲线，寿命曲线在双对数坐标系下的线性通过下式表示：

lnt＝-nlnE+ln C

式中，t为样品绝缘失效的时间，E为样品承受的场强，n与C为反幂电寿命模型中的参数，lnE为坐标系横坐标，lnt为坐标系纵坐标；

参数获取模块，用于根据两种寿命曲线的斜率与截距分别获得对应反幂电寿命模型中的参数n和C；

曲线定义模块，用于根据实验中由于样品内部实际承受场强与外施场强的不同，将由场强均方根值E_rm与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为本征寿命曲线，将由外施恒定场强E_a与绝缘失效时间t_b线性拟合得到的寿命曲线定义为视在寿命曲线；

拟合对比模块，用于将获得的本征寿命曲线和视在寿命曲线进行对比，得到本征寿命曲线相较于视在寿命曲线的位置关系发生了明显的平移与旋转；

修正因子获取模块，用于将本征寿命曲线进行平移与旋转得到视在寿命曲线，用平移因子来表示平移量，用旋转因子来表示旋转量，所述平移因子和旋转因子分别按下式求得：

n_a＝βn_r

式中，C_a为视在寿命曲线的累计损伤量，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，n_a为视在寿命曲线的电压耐受指数，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子；

模型改进模块，用于利用获得的平移因子和旋转因子对已有的反幂电寿命模型进行改进，改进后的反幂电寿命模型表达式如下：

式中，C_r为本征寿命曲线的累计损伤量，E_r为实际承受场强，n_r为本征寿命曲线的电压耐受指数，α为平移因子，β为旋转因子。