CN115372763A - 一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评方法及系统，属于电力系统避雷器氧化锌阀片性能评估技术领域。本发明通过六重冲击电流发生器对氧化锌阀片施加六重冲击，并计算六重冲击下灰受潮氧化锌阀片电容值的校准因子，再利用算法对校准因子进行优化，根据优化后的校准因子对灰受潮及冲击后的氧化锌阀片进行评估；本发明能较为真实地模拟灰受潮环境下的六重冲击环境，为在特殊工况下氧化锌阀片的测评提供坚实基础，更为电网线路的安全稳定运行提供重要保障。
Description
技术领域
本发明涉及一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评方法及系统，属于电力系统避雷器氧化锌阀片性能评估技术领域。
背景技术
多重雷击是普遍存在的自然现象，在某些地区多重雷击的比例高达80％，氧化锌避雷器作为广泛应用的防雷设备，正经受着严峻的考验。避雷器良好的防雷性能主要取决于内部的氧化锌电阻片，而当氧化锌避雷器遭受多重雷击后，其内部热量迅速累积，多重雷击的连续冲击次数越多，对氧化锌电阻片的损坏程度就越严重，对于整个电网系统的威胁也就越大，因此对于氧化锌电阻片的性能评估具有重要的意义。
除多重雷击以外，受潮及粉尘污秽影响也是使得氧化锌电阻片老化的另一个重要原因，由于其长期暴露于室外环境下，不可避免地会遭遇受潮和积污，使得绝缘性能逐渐降低，特别是在灰受潮情况下遭受多重雷击，进一步加剧了劣化程度。目前，国内外对于氧化锌电阻片的劣化状态评估主要集中于泄漏电流的阻性分量的分析，而未考虑在六重冲击与灰受潮情况下，通过电阻片的电容量变化来对判断其绝缘性能的优劣。因此迫切需要一种试验平台与方法，考虑六重冲击和灰受潮时长，基于电容量的变化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供参考依据。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评方法及系统，用于解决上述问题。
本发明的技术方案是：一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统，包括新型智能化操控台、六重冲击电流发生器、六重冲击控制引线、冲击试验金属铜片上、冲击试验金属铜片下、氧化锌阀片样品、湿粉尘喷射仪一、湿粉尘喷射仪二、多功能冲击试验箱、冲击电流注入引线、冲击电流回流引线、开关、数据信号发射装置、接地网、阀片电气参量数据测试仪、数据接收终端、数据记录服务器。
所述新型智能化操控台经过六重冲击控制引线与六重冲击电流发生器电连接。
所述六重冲击电流发生器通过冲击电流注入引线与冲击试验金属铜片上相连接，冲击试验金属铜片下通过冲击电流回流引线与接地网相连接，氧化锌阀片样品为两片氧化锌阀片堆叠而成，放置于冲击试验金属铜片上与冲击试验金属铜片下之间，并良好接触。所述冲击试验金属铜片上、冲击试验金属铜片下与氧化锌阀片样品均放置于多功能试验箱内部。
所述湿粉尘喷射仪一、湿粉尘喷射仪二分别置于多功能冲击试验箱内左右两壁。所述数据信号发射装置位于多功能冲击试验箱的顶端。
所述阀片电气参量数据测试仪的输入端经过开关与冲击试验金属铜片上电连接，阀片电气参量数据测试仪的回流端与冲击试验金属铜片下电连接，阀片电气参量数据测试仪的输出端与数据接收终端的输入端连接，数据接收终端的输出端与数据记录服务器连接。
相比于现有技术，本发明能够精准控制氧化锌阀片周围环境湿度与灰受潮时长，并可将数据通过无线方式传输至上位机保存，还能够有效模拟在不同湿粉尘含量的环境下氧化锌避雷器在遭受六重冲击后泄漏电流及电容量参数的变化过程，有利于在特殊工况下对氧化锌阀片的性能进行评估。
一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统进行性能测评的方法，具体步骤为：
Step1：准备m个初始U1mA均为5.4kV的氧化锌阀片进行实验，模拟氧化锌阀片灰受潮环境：打开湿粉尘喷射仪一、湿粉尘喷射仪二，设置湿粉尘含量为H，H值为10g/cm3，对氧化锌阀片进行灰受潮处理。准备m个氧化锌阀片是为了得到不同灰受潮时长处理及冲击次数后的阀片样本，方便获取不同冲击次数后阀片的泄漏电流值与电容量值。
Step2：当灰受潮时长达到T1时，通过智能操作控制平台设置冲击次数为n次，点击智能操作控制平台上的触发按钮，触发信号经过六重冲击控制引线传输至六重冲击电流发生器，六重冲击电流发生器对氧化锌阀片样品施加六重冲击n次，闭合开关，阀片电气参量数据测试仪测量此时氧化锌阀片的泄漏电流值I与电容量Cr，并将数据传输至数据接收终端，数据接收终端再将数据传输至数据记录服务器中保存，其次，更换氧化锌阀片，改变冲击次数，重复上述步骤j次，冲击次数为nj时测得的泄漏电流为Ij。
Step3：灰受潮时长从T1改变至Tz，每隔时长t0，重复步骤S2，并将记录的灰受潮时长t通过数据信号发射装置传输至数据接收终端，数据接收终端再将数据传输至数据记录服务器中保存，得到不同灰受潮时长与冲击次数下的氧化锌阀片电容量Cr的实测值，共m组数据。
Step4：根据氧化锌阀片的灰受潮时间t、六重冲击次数n以及漏电流I，计算六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的电容校准因子C：
式(1)中，ε为介电常数，S为氧化锌阀片的面积，d为氧化锌阀片厚度，n为六重冲击次数，I为泄漏电流，Fs为阀片电容标准值，t为灰受潮时间，b为误差系数，a为积分变量，C为氧化锌阀片的电容校准因子，k为氧化锌阀片接触修正系数。
Step5：采用优化算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的b0值。
所述Step5具体为：
Step5.1：生成具有均匀分布的小点和速度的初始总体，设置停止条件。
Step5.2：按照式(2)计算每个小点位置的目标函数值：
式中，f(b)表示目标函数，Ck为第k次试验的氧化锌阀片的电容校准因子，Fs为阀片电容标准值，Crk为第k次试验时氧化锌阀片的电容实测值，m为实测值数据总数。
Step5.3：更新每个小点的个体历史最优位置与整个群体的最优位置。
Step5.4：更新每个小点的速度和位置。
Step5.5：若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果，否则返回Step5.2。
Step6：根据step5中优化得出的最优值b0代入公式(1)，得到优化后的氧化锌阀片的电容校准因子计算公式：
Step7：基于上述步骤进行评估：
当C0∈(0，1]时，表征遭受冲击后的灰受潮氧化锌阀片性能状态正常。
当C0∈(1，+∞)时，表征遭受冲击后的灰受潮氧化锌阀片性能已大幅度降低，应尽快更换。
本发明的有益效果是：
1、通过搭建一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评平台，能较为真实地模拟自然环境中积污受潮氧化锌阀片遭受六重雷击冲击的实际情况；
2、试验装置能准确地控制氧化锌阀片的灰受潮时长和六重冲击的次数，有利于氧化锌阀片电容的准确测量以及对灰受潮氧化锌阀片在六重冲击下的性能评估；
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尺寸、厚度的氧化锌阀片进行试验，具有普适性。
附图说明
图1是本发明系统的结构示意图。
图2是本发明方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1所示，一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统，包括新型智能化操控台1、六重冲击电流发生器2、六重冲击控制引线3、冲击试验金属铜片上41、冲击试验金属铜片下42、氧化锌阀片样品5、湿粉尘喷射仪一61、湿粉尘喷射仪二62、多功能冲击试验箱7、冲击电流注入引线8、冲击电流回流引线9、开关10、数据信号发射装置11、接地网12、阀片电气参量数据测试仪13、数据接收终端14、数据记录服务器15。
所述新型智能化操控台1经过六重冲击控制引线3与六重冲击电流发生器2电连接。
所述六重冲击电流发生器2通过冲击电流注入引线8与冲击试验金属铜片上41相连接，冲击试验金属铜片下42通过冲击电流回流引线9与接地网12相连接，氧化锌阀片样品5为两片氧化锌阀片堆叠而成，放置于冲击试验金属铜片上41与冲击试验金属铜片下42之间，并良好接触。所述冲击试验金属铜片上41、冲击试验金属铜片下42与氧化锌阀片样品5均放置于多功能试验箱7内部。
所述湿粉尘喷射仪一61、湿粉尘喷射仪二62分别置于多功能冲击试验箱7内左右两壁。所述数据信号发射装置11位于多功能冲击试验箱7的顶端。
所述阀片电气参量数据测试仪13的输入端经过开关10与冲击试验金属铜片上41电连接，阀片电气参量数据测试仪13的回流端与冲击试验金属铜片下42电连接，阀片电气参量数据测试仪13的输出端与数据接收终端14的输入端连接，数据接收终端14的输出端与数据记录服务器15连接。
如图2所示，一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统进行性能测评的方法，,具体步骤为：
Step1：准备m个初始U1mA均为5.4kV的氧化锌阀片进行实验，模拟氧化锌阀片灰受潮环境：打开湿粉尘喷射仪一61、湿粉尘喷射仪二62，设置湿粉尘含量为H，H值为10g/cm3，对氧化锌阀片进行灰受潮处理。准备m个氧化锌阀片是为了得到不同灰受潮时长处理及冲击次数后的阀片样本，方便获取不同冲击次数后阀片的泄漏电流值与电容量值。
Step2：当灰受潮时长达到T1时，通过智能操作控制平台1设置冲击次数为n次，点击智能操作控制平台1上的触发按钮，触发信号经过六重冲击控制引线3传输至六重冲击电流发生器2，六重冲击电流发生器2对氧化锌阀片样品5施加六重冲击n次，闭合开关10，电气参量数据测试仪13测量此时氧化锌阀片的泄漏电流值I与电容量Cr，并将数据传输至数据接收终端14，数据接收终端14再将数据传输至数据记录服务器15中保存，其次，更换氧化锌阀片，改变冲击次数，重复上述步骤j次，冲击次数为nj时测得的泄漏电流为Ij。
Step3：灰受潮时长从T1改变至Tz，每隔时长t0，重复步骤S2，并将记录的灰受潮时长t通过数据信号发射装置11传输至数据接收终端14，数据接收终端14再将数据传输至数据记录服务器15中保存，得到不同灰受潮时长与冲击次数下的氧化锌阀片电容量Cr的实测值，共m组数据。
Step4：根据氧化锌阀片的灰受潮时间t、六重冲击次数n以及漏电流I，计算六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的电容校准因子C：
式(1)中，ε为介电常数，S为氧化锌阀片的面积，d为氧化锌阀片厚度，n为六重冲击次数，I为泄漏电流，Fs为阀片电容标准值，t为灰受潮时间，b为误差系数，a为积分变量，C为氧化锌阀片的电容校准因子，k为氧化锌阀片接触修正系数。
Step5：采用优化算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的b0值。
所述Step5具体为：
Step5.1：生成具有均匀分布的小点和速度的初始总体，设置停止条件。
Step5.2：按照式(2)计算每个小点位置的目标函数值：
式中，f(b)表示目标函数，Ck为第k次试验的氧化锌阀片的电容校准因子，Fs为阀片电容标准值，Crk为第k次试验时氧化锌阀片的电容实测值，m为实测值数据总数。
Step5.3：更新每个小点的个体历史最优位置与整个群体的最优位置。
Step5.4：更新每个小点的速度和位置。
Step5.5：若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果，否则返回Step5.2。
Step6：根据step5中优化得出的最优值b0代入公式(1)，得到优化后的氧化锌阀片的电容校准因子计算公式：
Step7：基于上述步骤进行评估：
当C0∈(0，1]时，表征遭受冲击后的灰受潮氧化锌阀片性能状态正常。
当C0∈(1，+∞)时，表征遭受冲击后的灰受潮氧化锌阀片性能已大幅度降低，应尽快更换。
针对不同灰受潮时长以及冲击次数的氧化锌阀片的评估结果如下表所示。与现有技术相比，所提方法能够基于实验数据，利用优化公式，对不同灰受潮时长以及冲击次数下的阀片的电气性能进行评估，更具有针对性。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (3)
1.一种六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统，其特征在于：包括新型智能化操控台(1)、六重冲击电流发生器(2)、六重冲击控制引线(3)、冲击试验金属铜片上(41)、冲击试验金属铜片下(42)、氧化锌阀片样品(5)、湿粉尘喷射仪一(61)、湿粉尘喷射仪二(62)、多功能冲击试验箱(7)、冲击电流注入引线(8)、冲击电流回流引线(9)、开关(10)、数据信号发射装置(11)、接地网(12)、阀片电气参量数据测试仪(13)、数据接收终端(14)、数据记录服务器(15)；
所述新型智能化操控台(1)经过六重冲击控制引线(3)与六重冲击电流发生器(2)电连接；
所述六重冲击电流发生器(2)通过冲击电流注入引线(8)与冲击试验金属铜片上(41)相连接，冲击试验金属铜片下(42)通过冲击电流回流引线(9)与接地网(12)相连接，氧化锌阀片样品(5)为两片氧化锌阀片堆叠而成，放置于冲击试验金属铜片上(41)与冲击试验金属铜片下(42)之间，并良好接触；所述冲击试验金属铜片上(41)、冲击试验金属铜片下(42)与氧化锌阀片样品(5)均放置于多功能试验箱(7)内部；
所述湿粉尘喷射仪一(61)、湿粉尘喷射仪二(62)分别置于多功能冲击试验箱(7)内左右两壁；所述数据信号发射装置(11)位于多功能冲击试验箱(7)的顶端；
所述阀片电气参量数据测试仪(13)的输入端经过开关(10)与冲击试验金属铜片上(41)电连接，阀片电气参量数据测试仪(13)的回流端与冲击试验金属铜片下(42)电连接，阀片电气参量数据测试仪(13)的输出端与数据接收终端(14)的输入端连接，数据接收终端(14)的输出端与数据记录服务器(15)连接。
2.权1所述的六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统进行性能测评的方法，其特征在于，具体步骤为：
Step1：准备m个初始U1mA均为5.4kV的氧化锌阀片进行实验，模拟氧化锌阀片处于潮湿粉尘环境：打开湿粉尘喷射仪一(61)、湿粉尘喷射仪二(62)，设置湿粉尘含量为H，对氧化锌阀片进行灰受潮处理；
Step2：当灰受潮时长达到T1时，通过智能操作控制平台(1)设置冲击次数为n次，点击智能操作控制平台(1)上的触发按钮，触发信号经过六重冲击控制引线(3)传输至六重冲击电流发生器(2)，六重冲击电流发生器(2)对氧化锌阀片样品(5)施加六重冲击n次，闭合开关(10)，阀片电气参量数据测试仪(13)测量此时氧化锌阀片的泄漏电流值I与电容量Cr，并将数据传输至数据接收终端(14)，数据接收终端(14)再将数据传输至数据记录服务器(15)中保存，其次，更换氧化锌阀片，改变冲击次数，重复上述步骤j次；
Step3：灰受潮时长从T1改变至Tz，每隔时长t0，重复步骤S2，并将记录的灰受潮时长t通过数据信号发射装置(11)传输至数据接收终端(14)，数据接收终端(14)再将数据传输至数据记录服务器(15)中保存，得到不同灰受潮时长与冲击次数下的氧化锌阀片电容量Cr的实测值，共m组数据；
Step4：根据氧化锌阀片的灰受潮时间t、六重冲击次数n以及漏电流I，计算六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的电容校准因子C：
式(1)中，ε为介电常数，S为氧化锌阀片的面积，d为氧化锌阀片厚度，n为六重冲击次数，I为泄漏电流，Fs为阀片电容标准值，t为灰受潮时间，b为误差系数，a为积分变量，C为氧化锌阀片的电容校准因子，k为氧化锌阀片接触修正系数；
Step5：采用优化算法对公式(1)进行优化建模，得出使误差最小的b0值；
Step6：根据step5中优化得出的最优值b0代入公式(1)，得到优化后的氧化锌阀片的电容校准因子计算公式：
Step7：基于上述步骤进行评估：
当C0∈(0，1]时，表征遭受冲击后的灰受潮氧化锌阀片性能状态正常；
当C0∈(1，+∞)时，表征遭受冲击后的灰受潮氧化锌阀片性能已大幅度降低，应尽快更换。
3.根据权利要求2所述的六重冲击下灰受潮氧化锌阀片的性能测评系统进行性能测评的方法，其特征在于，所述Step5具体为：
Step5.1：生成具有均匀分布的小点和速度的初始总体，设置停止条件；
Step5.2：按照式(3)计算每个小点位置的目标函数值：
式中，f(b)表示目标函数，Ck为第k次试验的氧化锌阀片的电容校准因子，Fs为阀片电容标准值，Crk为第k次试验时氧化锌阀片的电容实测值，m为实测值数据总数；
Step5.3：更新每个小点的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；
Step5.4：更新每个小点的速度和位置；
Step5.5：若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果，否则返回Step5.2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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