CN115877154B - 获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,将染污后的支柱绝缘子架设在绝缘支撑台上,在支柱绝缘子上方安装绝缘绳,使用不同电导率水浸湿的稻草绳模拟各种湿润的鸟巢材料,将稻草绳通过绝缘导线和绝缘胶带与支柱绝缘子高压端相连并悬挂在绝缘绳上,通雾后加压获取放电电压,分析放电电压与试验参数的相关性并对相关性强的试验参数进行拟合,得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性,实现放电电压预测。本发明可有效模拟自然积污情况下支柱绝缘子被鸟巢材料短接的涉鸟故障隐患,确定支柱绝缘子被鸟巢材料短接时的混合放电特性,为支柱绝缘子在此类涉鸟故障情况下的绝缘放电电压预测以及防护提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域,具体为一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法。
背景技术
支柱绝缘子是变电站和换流站的重要的绝缘配件,当鸟类在站内经过时,其携带的鸟巢材料可能会坠落搭接在支柱绝缘子上,常见的鸟巢材料有稻草和铁丝,其中铁丝和湿润后的稻草都有很强的导电性,因此会短接部分支柱绝缘子,减小绝缘距离,可能导致支柱绝缘子在运行电压下发生放电故障,影响站内设备的安全稳定运行。支柱绝缘子的外绝缘特性一直以来都是研究的热点,国内外学者也针对支柱绝缘子的污闪、污雨闪等开展过大量研究,获得了相应的特性曲线,但这些研究只针对沿面闪络这一放电类型进行讨论,未考虑积污支柱绝缘子被鸟巢材料短接时存在的间隙击穿加沿面闪络的混合放电情况,因此难以对此情况下的放电电压进行预测并开展防护。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术存在的缺点和不足,提出一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,通过该方法可有效模拟自然积污情况下支柱绝缘子被鸟巢短接时的情况,确定支柱绝缘子被鸟巢材料短接时的放电特性,为支柱绝缘子在此类涉鸟故障情况下的绝缘放电电压预测以及防护提供技术支撑。
本发明的目的是这样实现的:一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,将染污后的支柱绝缘子架设在绝缘支撑台上,在支柱绝缘子上方安装绝缘绳,使用不同电导率水浸湿的稻草绳模拟各种湿润的鸟巢材料,将稻草绳通过导线和绝缘胶带与支柱绝缘子高压端相连并悬挂在绝缘绳上,通雾后对支柱绝缘子施加电压,观察各试验参数下的放电现象并记录放电电压,使用Python软件分析放电电压与试验参数的相关性并对皮尔逊相关系数不小于设定阈值的试验参数进行拟合,得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性,生成自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型用于放电电压预测。
进一步优选,根据地区污秽等级配置污秽模拟液均匀涂抹在支柱绝缘子表面来使支柱绝缘子污染。
进一步优选,所述污秽模拟液使用氯化钠、硅藻土和去离子水进行配置,根据污秽等级对应的污秽度和绝缘子表面积称量氯化钠和硅藻土,加入电导率小于10µS/cm的去离子水,配成污秽模拟液。
进一步优选,染污后的支柱绝缘子和绝缘支撑台放置在人工污秽实验室中,高压端通过导线穿过穿墙套管连接上污秽试验电源,接地端通过导线连接泄漏电流测量装置然后接地,通过热雾系统用来给人工污秽实验室提供蒸汽雾,电压采集装置连接污秽试验电源获取放电电压数据,DV摄像机通过观察窗记录支柱绝缘子放电过程。
进一步优选,所述试验参数包括污秽等级、支柱绝缘子短接比例、稻草绳与支柱绝缘子的水平间隙长度、稻草绳的电导率。
进一步优选,污秽等级通过改变污秽模拟液等值附盐密度的大小进行模拟;所述支柱绝缘子短接比例是指鸟巢材料短接支柱绝缘子绝缘部分的长度,通过改变稻草绳长度模拟;稻草绳与支柱绝缘子的水平间隙长度通过改变稻草绳在绝缘绳上悬挂的位置进行模拟;稻草绳的电导率是模拟不同的鸟巢材料,通过改变用来浸湿稻草绳的盐水中加入盐的质量来模拟。
进一步优选,使用皮尔逊相关系数计算放电电压和各试验参数之间的相关性。
进一步优选,拟合过程为:选取相关性分析中与放电电压相关性强的试验参数,在MATLAB中使用plot命令分别绘制各试验参数与放电电压的散点图;分别对各散点图进行曲线拟合,首先根据曲线形式初步确定函数类型,然后根据确定的函数类型写出系数未确定的方程y=f(x),改变函数的次数和项数对每个试验参数形成多个方程,在MATLAB中使用nlinfit或polyfit命令分别拟合这些方程,得到表达式的系数,根据拟合优度确定系数和显著性判断表达式对曲线的拟合度;然后将各试验参数与放电电压之间的方程相加并给每个方程再赋予一个系数,放电电压与系数的关系式为:y=a1f(x1)+ a2f(x2)+…+ anf(xn);其中,y为放电电压,a n 为第n个方程的系数,f(x n )为第n个试验参数与放电电压之间曲线拟合后得到的方程;将放电电压与系数的关系式与放电电压进行一次拟合,获取各试验参数与放电电压之间的方程的系数值,最终得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型。
本发明的有益效果:本发明通过将染污后的支柱绝缘子架设在绝缘支撑台上,在支柱绝缘子上方安装绝缘绳,使用不同电导率水浸湿的稻草绳模拟各种湿润的鸟巢材料,将稻草绳通过绝缘导线和绝缘胶带与支柱绝缘子高压端相连并悬挂在绝缘绳上,通雾后加压获取放电电压,使用Python软件分析放电电压与试验参数的相关性并对相关性强的试验参数进行拟合,得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性,实现放电电压预测。本发明提供的一种获取自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,可有效模拟自然积污情况下支柱绝缘子被鸟巢材料短接的涉鸟故障隐患,确定支柱绝缘子被鸟巢材料短接时的混合放电特性,为支柱绝缘子在此类涉鸟故障情况下的绝缘放电电压预测以及防护提供技术支撑。
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为本发明实施例的试验布置图。
图2为本发明实施例的热雾系统原理图。
附图标记说明:201-人工污秽实验室、202-污秽试验电源、203-热雾系统、204-穿墙套管、205-DV摄像机、206-导线、207-支柱绝缘子、208-稻草绳、209-绝缘胶带、210-绝缘支撑台、211-泄漏电流测量装置、212-电压采集装置、213-绝缘绳、2031-水处理软化装置、2032-软水箱、2033-给水泵、2034-蒸汽发生器、2035-减压阀、2036-蒸汽输送管、2037-热雾架。
具体实施方式
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清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性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。
为了说明本发明所述的技术方案,下面通过具体实施例来进行说明。
参照图1,本发明提出一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,将染污后的支柱绝缘子207架设在绝缘支撑台210上,在支柱绝缘子207上方安装绝缘绳213,使用不同电导率水浸湿的稻草绳208模拟各种湿润的鸟巢材料,将稻草绳208通过导线206和绝缘胶带209与支柱绝缘子207高压端相连并悬挂在绝缘绳213上,通雾后对支柱绝缘子施加电压,观察放电现象并记录放电电压,使用Python软件分析放电电压与试验参数的相关性并对相关性强的试验参数进行拟合,得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性,生成自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型用于放电电压预测。
具体步骤包括:
步骤S1,试品预处理:对支柱绝缘子207使用自来水及酒精清洗干净并干燥,根据地区污秽等级配置污秽模拟液均匀涂抹在支柱绝缘子207表面,将稻草绳208用配置好的盐水浸湿。
所述污秽模拟液使用氯化钠、硅藻土和去离子水进行配置,根据污秽等级对应的污秽度和绝缘子表面积称量氯化钠和硅藻土,加入适量电导率小于10µS/cm的去离子水,配成污秽模拟液,具体步骤如下:
(1)用氯化钠模拟可溶性物质,用硅藻土模拟不溶性物质。支柱绝缘子207的污秽度用等值附盐密度表示,根据选取污秽等级的等值附盐密度、灰密以及待涂覆支柱绝缘子207的表面积,计算涂刷用的盐、灰质量。
(2)通过电子天平准确称取盐、灰质量,将盐、灰混合至实验烧杯中。氯化钠、硅藻土的称量误差分别不大于所需量的±1%、±10%。
(3)注入适量的去离子水,将其搅拌均匀后配置成污秽溶液。
(4)用已蘸过同等污秽溶液的排刷将污秽模拟液均匀地涂覆于绝缘子表面。
所述盐水可以通过改变加入氯化钠的质量来改变盐水的电导率模拟各种湿润的鸟巢材料。
步骤S2,搭建试验平台:图1为本发明实施例的试验布置图,染污后的支柱绝缘子207固定在绝缘支撑台210上,放置在人工污秽实验室201中,高压端通过导线206穿过穿墙套管204连接上污秽试验电源202,接地端通过导线206连接泄漏电流测量装置211然后接地,稻草绳208通过导线206和绝缘胶带209与支柱绝缘子207高压端相连并悬挂在绝缘绳213上,热雾系统203用来给人工污秽实验室201提供蒸汽雾,电压采集装置212连接污秽试验电源202获取放电电压数据,DV摄像机205通过观察窗记录支柱绝缘子207放电过程。
所述电压采集装置212为电压表;所述泄漏电流测量装置211包括采集电阻、采集卡和PC,采集卡获取采集电阻两端电压输入PC,PC中的LabVIEW软件通过编制的程序可以显示该电压对应的泄漏电流。
步骤S3,试品湿润:通过热雾系统203产生均匀分布的雾,使支柱绝缘子207各个部分受潮状态基本相同。
参照图2,所述热雾系统203包括蒸汽发生器2034、给水泵2033、减压阀2035、蒸汽输送管2036和热雾架2037,系统进水经过水处理软化装置2031进入软水箱2032,再由两台给水泵2033分别供给两台蒸汽发生器2034,产生雾气通过由保温材料处理过的蒸汽输送管2036进入人工污秽实验室201中的两台热雾架2037。
优选的,输入人工污秽实验室201的蒸汽雾按(0.05±0.01)kg/(h·m3)的恒定速率输入,热雾架2037应在支柱绝缘子试品的下面并尽可能接近地面,离支柱绝缘子试品至少1 m,雾的流动不应直接对着试品,湿润开始时支柱绝缘子试品与人工污秽实验室环境温度之差的绝对值<2 K,试验过程中人工污秽实验室温度控制在≤35℃。
步骤S4,加压观测:使用恒压升降法对支柱绝缘子施加电压,观察放电现象并记录放电电压。
优选的,恒压升降法的加压步骤如下:在通入蒸汽雾的同时,对支柱绝缘子施加电压,在整个试验期间,输入连续、稳定的蒸汽雾至人工污秽实验室201,支柱绝缘子207每涂污一次只进行一次试验,单串支柱绝缘子试验结束后,排掉人工污秽实验室201中的蒸汽雾,待人工污秽实验室201温度与外界温度一致后,再进行下一单串支柱绝缘子的试验;每一次试验时,施加电压水平应按升降法来改变,电压级差约为预期电压的10%,即前一次没有通过耐受,则降低10%的电压再做耐受试验,若通过耐受,则升高约10%电压再作耐受试验,反复试验直到有效试验次数在10次以上(与前一次试验产生的结果不同的第一个试验为第一个有效试验);支柱绝缘子耐受过程中出现峰值电流并且泄漏电流逐渐减少到峰值电流的10%左右,或电流明显减小,放电趋势明显减弱,在耐压45~60 min后,则认为支柱绝缘子不存在闪络可能,在耐受过程中,支柱绝缘子闪络则进行下一级电压的试验。耐受电压按下式计算:
;
其中U 50%为恒压升降法得到的50%耐受电压;为某一施加电压值;/>为施加电压/>的次数;N为有效试验总次数。
步骤S5,改变试验参数,重复上述步骤,获取各种情况下的放电电压。
所述试验参数包括:污秽等级(用等值附盐密度表示)、支柱绝缘子短接比例、稻草绳与支柱绝缘子的水平间隙长度、稻草绳的电导率。
其中污秽等级可设定为五个,可以通过改变污秽模拟液等值附盐密度的大小进行模拟;支柱绝缘子短接比例是指鸟巢材料短接支柱绝缘子绝缘部分的长度,通过此参数可以获取支柱绝缘子在被鸟巢材料短接多少后会在运行电压下发生闪络故障,该项可通过改变稻草绳长度模拟;稻草绳与支柱绝缘子的水平间隙长度可以通过改变稻草绳在绝缘绳上悬挂的位置进行模拟,当鸟巢材料完全与支柱绝缘子接触时,该项参数为0;稻草绳的电导率是模拟不同的鸟巢材料,可通过改变用来浸湿稻草绳的盐水中加入盐的质量来模拟。
步骤S6,相关性分析:使用Python软件对放电电压与试验参数的相关性进行分析。
所述相关系分析原理是使用皮尔逊相关系数计算放电电压和各试验参数之间的相关性,皮尔逊相关系数r的计算公式如下:
;
其中,x i 是求取相关系数的试验参数的第i个值,y i 是放电电压的第i个值,x 0和y 0分别为试验参数和放电电压的平均值。
在Python软件中,首先导入进行皮尔逊相关性分析需要用到的库(pandas、seaborn和matplotlib),然后将每次试验下的试验参数和放电电压的数据导入,计算皮尔逊相关按系数r并绘制热力图,皮尔逊相关系数r为正代表正相关,皮尔逊相关系数r为负代表负相关,皮尔逊相关系数r为0代表不相关,皮尔逊相关系数r越接近1代表相关性越强,一般来说在0.7以上说明关系非常紧密。
步骤S7:将放电电压与相关性高的试验参数进行拟合,得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性,生成自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型用于放电电压预测。
选取相关性分析中与放电电压相关性强的试验参数,在MATLAB中使用plot命令分别绘制各试验参数与放电电压的散点图;分别对各散点图进行曲线拟合,首先根据曲线形式初步确定函数类型,常用的有线性函数、指数函数、对数函数和幂函数,然后根据确定的函数类型写出系数未确定的方程y=f(x),可以改变函数的次数和项数对每个试验参数多写几个方程,在MATLAB中使用nlinfit或polyfit命令分别拟合这些方程,得到表达式的系数,根据拟合优度确定系数R 2和显著性F检验来判断表达式对曲线的拟合度,拟合优度确定系数R 2越接近1,显著性F越大,代表拟合度越高,也就可以选用此方程拟合;然后将各试验参数与放电电压之间的方程相加并给每个方程再赋予一个系数,放电电压与系数的关系式为:y=a1f(x1)+ a2f(x2)+…+ anf(xn); 其中,y为放电电压,a n 为第n个方程的系数,f(x n )为第n个试验参数与放电电压之间曲线拟合后得到的方程;将放电电压与系数的关系式与放电电压进行一次拟合,获取各试验参数与放电电压之间的方程的系数值,最终得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型。
最后应说明的是:以上所述仅为本发明的优选实例而已,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 (3)
1.一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,其特征是:根据地区污秽等级配置污秽模拟液均匀涂抹在支柱绝缘子表面来使支柱绝缘子污染,污秽等级通过改变污秽模拟液等值附盐密度的大小进行模拟;染污后的支柱绝缘子和绝缘支撑台放置在人工污秽实验室中,将染污后的支柱绝缘子架设在绝缘支撑台上,在支柱绝缘子上方安装绝缘绳,使用不同电导率水浸湿的稻草绳模拟各种湿润的鸟巢材料,将稻草绳通过导线和绝缘胶带与支柱绝缘子高压端相连并悬挂在绝缘绳上,高压端通过导线穿过穿墙套管连接上污秽试验电源,接地端通过导线连接泄漏电流测量装置然后接地,通过热雾系统用来给人工污秽实验室提供蒸汽雾,电压采集装置连接污秽试验电源获取放电电压数据,DV摄像机通过观察窗记录支柱绝缘子放电过程;通蒸汽雾后对支柱绝缘子施加电压,改变试验参数,观察各试验参数下的放电现象并记录放电电压,所述试验参数包括污秽等级、支柱绝缘子短接比例、稻草绳与支柱绝缘子的水平间隙长度、稻草绳的电导率,所述支柱绝缘子短接比例是指鸟巢材料短接支柱绝缘子绝缘部分的长度,通过改变稻草绳长度模拟,稻草绳与支柱绝缘子的水平间隙长度通过改变稻草绳在绝缘绳上悬挂的位置进行模拟;稻草绳的电导率是模拟不同的鸟巢材料,通过改变用来浸湿稻草绳的盐水中加入盐的质量来模拟;使用Python软件分析放电电压与试验参数的相关性并对皮尔逊相关系数不小于设定阈值的试验参数进行拟合,得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性,生成自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型用于放电电压预测;
拟合过程为:选取相关性分析中与放电电压相关性强的试验参数,在MATLAB中使用plot命令分别绘制各试验参数与放电电压的散点图;分别对各散点图进行曲线拟合,首先根据曲线形式初步确定函数类型,然后根据确定的函数类型写出系数未确定的方程y=f(x),改变函数的次数和项数对每个试验参数形成多个方程,在MATLAB中使用nlinfit或polyfit命令分别拟合这些方程,得到表达式的系数,根据拟合优度确定系数R 2和显著性F判断表达式对曲线的拟合度,选择拟合度最高的方程进行拟合;然后将各试验参数与放电电压之间的方程相加并给每个方程再赋予一个系数,放电电压与系数的关系式为:y=a1f(x1)+ a2f(x2)+…+ anf(xn); 其中,y为放电电压,a n 为第n个方程的系数,f(x n )为第n个试验参数与放电电压之间曲线拟合后得到的方程;将放电电压与系数的关系式和放电电压进行一次拟合,获取各试验参数与放电电压之间的方程的系数值,最终得到自然积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电电压预测模型。
2.根据权利要求1所述的一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,其特征是:所述污秽模拟液使用氯化钠、硅藻土和去离子水进行配置,根据污秽等级对应的污秽度和绝缘子表面积称量氯化钠和硅藻土,加入电导率小于10µS/cm的去离子水,配成污秽模拟液。
3.根据权利要求1所述的一种获取积污支柱绝缘子鸟巢材料短接混合放电特性的方法,其特征是:使用皮尔逊相关系数计算放电电压和各试验参数之间的相关性。
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