CN114878920A - 一种干式套管介电特性的分析方法、装置、记录媒体及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于绝缘测试技术领域，特别涉及一种干式套管介电特性的分析方法，包括以下步骤：对干式套管局部加热，使得各局部保持不同的温度；放大扫频电压激励信号，采集并放大干式套管的响应电流，获得不同温度及扫频电压下的响应电流的频域特性；得出对应的局部温度环境下干式套管的介质损耗因数并录入数据库，完成对干式套管介电特性的分析。该方法能更好地模拟高压套管实际使用中的局部温度状况，得出其与干式套管介电特性的关系，适用于干式套管老化状态评估。本发明还公开了一种物理装置去实施上述方法；并提供一种存储有该方法程序的非暂态可读记录媒体及包含该媒体的系统，通过处理电路可以调用程序，执行上述方法。
Description
技术领域
本发明属于绝缘测试技术领域，公开了一种干式套管介电特性的分析方法、装置、记录媒体及系统。
背景技术
干式套管是换流电力变压器的关键核心部件，承担引出电流及机械支撑等重要功能。在实际运行中，干式套管会受到过电压应力、大电流应力等因素影响，会引起其局部介质损耗和焦耳损耗等逐渐增大，进而使得干式套管局部温度升高。干式套管频域介电特性对温度变化反应敏感，局部温度升高会引起干式套管频域介电特性如介电常数、电导率和介质损耗角等发生改变，影响干式套管的绝缘性能及换流变压器的安全可靠运行。
频域介电响应特性是一种在外加扫频电压激励下通过电介质内部极化特性与电导行为变化来表征电介质绝缘状态的无损检测技术。现有研究成果主要是在恒定温度或均匀温度下采用有效值140V低压开展套管频域介电响应特性测量及分析。但存在如下不足：
局部温度变化对干式套管频域介电响应特性影响较大，会直接影响干式套管频域介电响应特性测量精度和有效性，会给实验室或现场测量造成一定困扰。
现有频域介电谱技术测量电压仅为140VRMS，存在测量电压低、响应电流信号弱、信噪比低的不足。尤其是面对高电压等级大尺寸干式套管，其电容量大，如果对干式套管局部加热，则加热装置不断启停形成交变磁场所产生的感生电流会干扰对响应电流数据的收集，影响绝缘状态的诊断评估。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种干式套管介电特性的分析方法，具体方案包括如下步骤：
通过温控单元对干式套管局部加热，使得干式套管各局部保持不同的温度；放大扫频电压激励信号，采集并放大干式套管因受激产生的响应电流，获得不同温度及扫频电压下的所述响应电流的频域特性；根据所述频域特性，得出对应的局部温度环境下干式套管的介质损耗因数，完成对干式套管介电特性的分析。
本分析方法可有效模拟干式套管运行时的温差分布；为进一步研究局部温差和干式套管介电特性的关系提供了可靠的技术手段，提升了信噪比，可实现干式套管在高电压激励下的频域介电响应特性测量，有利于获得有效的频域介电响应特性测量数据。
优选的，局部加热包括对干式套管位于阀厅的一端和/或位于油箱的另一端加热。
根据干式套管的外形和工作方式，这两处位置的加热容易实现且更符合现实工况。
进一步的，通过温度传感器反馈的信号对加热元件进行闭环控制，同时在被加热的干式套管各局部外围分别加装外罩。
这种温控方式能将温度值固定到实验设定值，对后续的研究更为有利，同时加装外罩能更好的保温，减少加热元件的启停次数，降低噪点对实验数据的干扰。
本发明的另一方案在于提供一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，当执行指令时，将致使处理电路执行上述的一种干式套管介电特性的分析方法。
本发明的又一方案在于提供一种干式套管介电特性的分析系统，包括处理电路及与其电性耦接的存储器，所述存储器配置储存至少一程序，所述程序包含多个指令，所述处理电路运行所述程序，能执行上述一种干式套管介电特性的分析方法。
本发明还提供一种干式套管介电特性的分析装置，包括信号分析监测单元和与之通信连接的扫频电压激励单元及响应电流采集单元，以及与所述扫频电压激励单元电连接的信号放大电路，用于将放大后的扫频电压信号加载至干式套管，同时将放大后的扫频电压值输入信号分析监测单元；还包括温控模块，用于对干式套管局部加热至稳定温度。
优选的，被加热的干式套管局部包括干式套管位于阀厅的一端和位于油箱的另一端。
进一步的，温控模块包括闭环电连接的加热单元、温度传感单元和温度控制模块，所述加热单元围绕式设置于待加热的所述干式套管局部，还包括包围所述加热单元的外罩。
这种装置可有效模拟干式套管运行时的温差分布；为进一步研究局部温差和干式套管介电特性的关系提供了可靠的技术手段，提升了信噪比，可实现干式套管在高电压激励下的频域介电响应特性测量，有利于获得有效的、更符合实际工况的频域介电响应特性测量数据。
附图说明
图1为本发明实施例中分析方法中信息交互示意图；
图2为本发明实施例中温控模块工作示意图；
图3为本发明实施例中干式套管结构图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新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。
一种干式套管介电特性的分析装置的实施例，该装置包括彼此间建立通信连接的一组单元和模块，具体如下：
信号分析监测单元：由PC端进行实时计算分析，结合电介质理论和数学傅里叶变换FFT对放大电压激励信号和响应电流信号进行计算分析，最终获得干式套管的介电常数和介质损耗因数等。
扫频电压激励单元：由开关电源、电容、AC/AC变换器、DDS信号发生器等组成，其作用是产生频率可变的交流电压激励信号，电压激励信号幅值0-10V，电压频率范围是0.001Hz-1000Hz。
信号放大单元：该部分由磁集成变压器、滤波电感电容及保护电路、控制电路等组成，其作用是将子单元1输出的扫频电压激励信号进行放大。该单元放大倍数为2000倍，放大后电压激励范围为0-20kV。
响应电流采集单元：由微电流放大器、滤波器等组成，其作用是采集高压激励后干式套管产生的泄漏电流数值，并将泄露电流数值放大。该单元可采集响应电流信号大小范围为0.01mA-1pA，采集精度为±0.1pA。
温控模块：该模块由温控外罩、加热器、温度传感器、温度控制器组成。加热器、温度传感器、温度控制器作用是通过反馈作用将干式套管局部温度控制范围设置在室温至150℃，即通过温度控制单元设定目标温度数值，由加热单元实现局部温度变化，温度传感单元感知温度变化数值并再次传给温度控制单元，最后温度控制单元通过目标温度值及时调控加热单元，使得局部温度数值恒定在目标温度数值附件。温控外罩作用是用于保证干式套管局部温度处在目标温度。
加热单元围绕式设置于干式套管位于阀厅的一端和位于油箱的另一端，需具备实现升温范围为室温-150℃，误差±0.1℃。
温度传感单元具备感知精度为误差±0.1℃，感知温度范围为0-150℃。
一种干式套管介电特性的分析方法的实施例：通过启动上述装置，放大扫频电压激励信号，采集并放大干式套管因受激产生的响应电流，获得不同温度及扫频电压下的所述响应电流的频域特性；得出对应的局部温度环境下干式套管的介质损耗因数并录入数据库，完成对干式套管介电特性的分析。
根据实际温度需求，在20℃至150℃范围内实现干式套管局部温度调节。当局部温度调节至目标温度时，保持干式套管在目标温度下静置30-60分钟，以确保干式套管内部温度恒定。位于阀厅内部干式套管温度为T，位于油箱内部的干式套管温度为t。在20℃至150℃范围内，T、t温度梯度间隔为2℃。试验温度设定方法如下：
T：T0＝20℃，T1＝22℃，T2＝24℃……Tn＝T0+2n。
0≤n≤65，20℃≤Tn≤150℃。
t：t0＝20℃，t1＝22℃，t2＝24℃……tm＝t0+2m。
0≤n≤65，20℃≤tm≤150℃。
基于高压频域介电响应测量模块，开展局部温差变化条件下干式套管的高压频域介电特性测量及分析。根据实际需求，高压频域介电响应测量电压范围可设置为0-20kV、测量频率范围可设置为0.001Hz-1000 Hz。可获得不同局部温差变化条件和在不同电压激励U下干式套管的响应电流I。基于响应电流I和电压激励U，可用计算得到干式套管的介质损耗因数tanδ，其中δ＝y-x。
U＝Um*sin(ωt+x) (1)
I＝Im*cos(ωt+y) (2)
tanδ＝cos(y-x)/sin(y-x) (3)
前述计算公式(1)-(3)中，ω为角频率。Um为电压激励幅值，Im为响应电流幅值。x表示电压激励相位角，y表示响应电流相位角。
在试验中，电压激励U分别设置为U1＝1kV，U2＝5kV，U3＝10kV。
在不同T、t和U下，将获得表征局部温差变化条件下干式套管绝缘特性的介质损耗因数tanδ，tanδ是Tn、tm和U的函数。令D＝tanδ，D(Tn,tm，U)可表征局部温差变化条件和不同测量电压下干式套管的绝缘特性。
在Tn、tm(20℃至150℃)和U1＝1kV，U2＝5kV，U3＝10kV条件下，干式套管D(Tn,tm，U)是由局部温差和不同电压激励下的D(Tn)、D(tm)和D(U)叠加而成，具有以下表达形式公式4、5和6：
Dn,m,1(Tn,tm，U1)＝i*D(Tn)+j D(tm)+k D(U1) (4)
Dn,m,2(Tn,tm，U2)＝i*D(Tn)+j D(tm)+k D(U2) (5)
Dn,m,1(Tn,tm，U3)＝i*D(Tn)+j D(tm)+k D(U3) (6)
i，j和k分别表示局部温度Tn、tm和电压激励U的比例因子，可由试验数据拟合、平移确定。
进而，通过公式4、5和6可用建立局部温差变化条件和高压激励下干式套管的介质损耗因数丰富数据库，可用于现场干式套管绝缘状态诊断评估。
在现场测试时，基于测量电压激励1kV、5kV和10kV，获得干式套管的介质损耗因数tanδ数值。基于深度学习和遗传算法，将获得的介质损耗因数tanδ数值与数据库中数据进行匹对和对比，进而可确立现场位于阀厅内部和油箱内部的干式套管温度，有利于有效掌握现场干式套管的运行温度及绝缘状态。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机、可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
将上述方法步骤汇编成程序再存储于硬盘或其他非暂态存储介质就构成了本发明的“一种非暂态可读记录媒体”技术方案；而将该存储介质与计算机处理器电连接，通过数据处理能完成干式套管介电特性的分析，则构成本发明的“一种干式套管介电特性的分析系统”技术方案。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)
1.一种干式套管介电特性的分析方法，其特征在于包括以下步骤：
通过温控单元对干式套管局部加热，使得干式套管各局部保持不同的温度；
放大扫频电压激励信号，采集并放大干式套管因受激产生的响应电流，获得不同温度及扫频电压下的所述响应电流的频域特性；
根据所述频域特性，得出对应的局部温度环境下干式套管的介质损耗因数，完成对干式套管介电特性的分析。
2.根据权利要求1所述的一种干式套管介电特性的分析方法，其特征在于，所述局部加热包括对干式套管位于阀厅的一端和/或位于油箱的另一端加热。
3.根据权利要求2所述的一种干式套管介电特性的分析方法，其特征在于，所述使得干式套管各局部保持不同的温度的方法是通过温度传感器反馈的信号对加热元件进行闭环控制，同时在被加热的干式套管各局部外围分别加装外罩的方式实现。
4.一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，其特征在于，当执行指令时，将致使处理电路执行权利要求1-3中任一项所述的一种干式套管介电特性的分析方法。
5.一种干式套管介电特性的分析系统，包括处理电路及与其电性耦接的存储器，其特征在于，所述存储器配置储存至少一程序，所述程序包含多个指令，所述处理电路运行所述程序，能执行权利要求4中所述的一种干式套管介电特性的分析方法。
6.一种干式套管介电特性的分析装置，包括信号分析监测单元和与之通信连接的扫频电压激励单元及响应电流采集单元，其特征在于还包括：与所述扫频电压激励单元电连接的信号放大电路，用于将放大后的扫频电压信号加载至干式套管，同时将放大后的扫频电压值输入信号分析监测单元；还包括温控模块，用于对干式套管局部加热至稳定温度。
7.根据权利要求6所述的一种干式套管介电特性的分析装置，其特征在于，所述干式套管局部包括干式套管位于阀厅的一端和位于油箱的另一端。
8.根据权利要求7所述的一种干式套管介电特性的分析装置，其特征在于，所述温控模块包括闭环电连接的加热单元、温度传感单元和温度控制模块，所述加热单元围绕式设置于待加热的所述干式套管局部，还包括包围所述加热单元的外罩。
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|---|---|---|---|---|
| CN113917293A (zh) * | 2021-09-24 | 2022-01-11 | 广东电网有限责任公司广州供电局 | 基于频域时域高压干式套管绝缘老化状态评估方法及系统 |
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- 2022-05-06 CN CN202210487908.4A patent/CN114878920A/zh active Pending
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