CN117828817A - 植物油纸绝缘状态评估方法、装置、设备和存储介质 - Google Patents

植物油纸绝缘状态评估方法、装置、设备和存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请实施例公开了一种植物油纸绝缘状态评估方法、装置、设备和存储介质。所述方法包括:确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。

Description

植物油纸绝缘状态评估方法、装置、设备和存储介质
技术领域
本申请涉及植物油变压器电气技术领域,尤其涉及一种植物油纸绝缘状态评估方法、装置、设备和存储介质。
背景技术
电力变压器是配合发电机组进行能量交换和能量传输的重要输变电设备,电力变压器的安全稳定运行是保障大电网可靠供电的基础。油浸式变压器是典型的油纸绝缘设备,内部主绝缘是由绝缘纸、绝缘纸板和绝缘油组成的复合绝缘结构。由于长时间运行在复杂的环境下,温度、水分、机械应力、化学腐蚀等因素会导致变压器主绝缘的绝缘性能下降,容易引发绝缘故障。因此,评估油纸绝缘的老化状态,制定合理的运维检修策略,能够有效延长电力设备的使用寿命、降低故障发生率。
矿物绝缘油因其成本较低、绝缘性能优良,仍然是油浸式变压器、油纸电容式套管等电力设备的主要绝缘电介质。然而,伴随生产水平和绿色发展理念的提升,采用生态环保、安全可靠的植物绝缘油来逐步取代矿物绝缘油这种不可再生能源成为了未来的发展趋势。相比于矿物油纸绝缘,植物油纸绝缘在复杂运行工况下具有更少的碳排放量、更强的过负载能力和更长的绝缘使用寿命,同时植物绝缘油与变压器多数绝缘材料具有较好地相容性。由于植物绝缘油与矿物绝缘油在组成成分和老化产物上存在较大差异,所以不能简单地将适用于矿物油纸绝缘的诊断方法和介电模型直接套用于植物油纸绝缘的状态评估中。
在相关技术中,采用频域介电谱法作为植物油纸绝缘老化评估方法,但频域介电谱在低频段容易出现弛豫峰被掩盖的问题;此外,借助介电模型来分析频域介电谱时,能够提取的老化特征参量较少,不利于探究植物油纸绝缘复杂的弛豫极化过程。
发明内容
基于此,有必要针对上述技术问题,提供一种能够提高植物油纸绝缘状态评估准确度的植物油纸绝缘状态评估方法、装置、电子设备和存储介质。
第一方面,本申请提供了一种植物油纸绝缘状态评估方法。所述方法包括:
确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;
基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;
基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。
第二方面,本申请还提供了一种植物油纸绝缘状态评估装置。所述装置包括:
第一确定模块,用于确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;
第二确定模块,用于基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;
评估模块,用于基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。
第三方面,本申请还提供了一种电子设备。所述电子设备包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面的步骤。
第四方面,本申请还提供了一种计算机可读存储介质。所述计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的步骤。
第五方面,本申请还提供了一种计算机程序产品。所述计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面的步骤。
上述植物油纸绝缘状态评估方法、装置、电子设备和存储介质,通过首先确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;再,按照基于原子结构模型,确定植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;这样,通过创建的原子结构模型能够提高得到的绝缘老化特征参量和辅助特征参量的准确度。最后,基于绝缘老化特征参量和辅助特征参量,对植物油纸的绝缘状态进行评估;从而能够实现对植物油纸绝缘老化状态的定量评估,为现场植物油变压器绝缘状态评估和故障诊断提供有价值的参考。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,而非限制本公开的技术方案。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分,这些附图示出了符合本申请的实施例,并与说明书一起用于说明本申请的技术方案。
图1为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估方法的流程示意图;
图2为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估方法的另一流程示意图
图3为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估方法的再一流程示意图;
图4为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估方法的又一流程示意图;
图5为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估方法的原子结构模型示意图;
图6为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估方法的实现框架示意图;
图7为一个实施例中植物油纸绝缘状态评估装置的结构框图;
图8为一个实施例中电子设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
本申请实施例提供的植物油纸绝缘状态评估方法,如图1所示,提供了一种植物油纸绝缘状态评估方法,以该方法应用于植物油纸绝缘状态评估终端为例进行说明,包括以下步骤:
步骤101,确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型。
其中,植物油纸为变压器适用任一种绝缘油纸。原子结构模型用于描述植物油纸的绝缘状态,比如,描述绝缘油纸出现的多种松弛极化现象和电导损耗等。
示例性地,该原子结构模型可以是鲍埃丁-汤姆逊模型(Poynting-Thomson模型),在该模型中认为原子是球体,带正电的物质均匀地分布于球体内,带负电的电子一颗一颗地镶嵌在球内各处的一个个同心环上,第一个环上可放5个电子,第二个环上可放10个,...,原子中正负电荷总量相等。原子处于最低能态时,电子在平衡位置不动。当原子被激发到高能态时,电子在平衡位置上作简谐振动,并发射电磁辐射。汤姆孙模型在解释元素的周期性方面取得了一定的成功,也能定性地解释原子的光辐射,例如,对于氢原子,根据模型,可有一个远紫外频率的光辐射,但不能解释实验观测到的大量不同频率的氢原子光谱。
步骤102,基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量。
其中,植物油纸的绝缘老化特征参量表示与绝缘纸板聚合度关系密切的模型参量,比如,通过对复介电模量虚部频谱进行参数辨识,以提取与绝缘纸板聚合度关系密切的模型参量。辅助特征参量用于表示复介电模量实部的幅值差、复介电模量虚部的积分值或植物绝缘油酸值;比如,选取复介电模量实部的幅值差、复介电模量虚部的积分值、植物绝缘油酸值作为辅助特征参量中的任一个参数作为辅助特征参量。
步骤103,基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。
其中,通过将绝缘老化特征参量和辅助特征参量相结合,采用改进灰色关联评估法对该绝缘老化特征参量和辅助特征参量之间的关联度进行分析,将分析结果作为对植物油纸的绝缘状态的评估。该评估结果包括:植物油纸绝缘老化、受潮状态等。
在本申请实施例中,通过首先确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;再,按照基于原子结构模型,确定植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;这样,通过创建的原子结构模型能够提高得到的绝缘老化特征参量和辅助特征参量的准确度。最后,基于绝缘老化特征参量和辅助特征参量,对植物油纸的绝缘状态进行评估;从而能够实现对植物油纸绝缘老化状态的定量评估,为现场植物油变压器绝缘状态评估和故障诊断提供有价值的参考。
在一些实施例中,通过多个分数元搭建原子结构模型,即上述步骤101可以通过图2所示的步骤实现:
步骤201,获取第一分数元、第二分数元和第三分数元。
其中,所述第一分数元α表示弛豫过程对称分布的形状,所述第二分数元β和所述第三分数元γ分别表示所述弛豫过程非对称分布的形状。在一些可能的实现方式中,可以设定0<β<γ<α<1。
步骤202,将所述第一分数元和所述第二分数元并联,得到并联分数元。
如图5所示,并联分数元可以通过第一分数元51(比如,分数元α)与第二分数元52(比如,分数元β)并联得到。
步骤203,将所述并联分数元与所述第三分数元串联,得到所述原子结构模型。
如图5所示,将第一分数元和所述第二分数元并联之后,再与第三分数元53(比如,分数元γ)串联,即可搭建完成该原子结构模块。如此,考虑到变压器油纸绝缘是一种复杂非均匀的复合结构,在交变电场的作用下,会出现多种松弛极化现象和电导损耗,用单一分数元来描述并不合适。为得到适用于表征油纸绝缘弛豫极化过程的分数元个数和等效原子结构模型,通过将第一分数元和所述第二分数元并联,再与第三分数元串联,从而能够得到准确度较高的原子结构模型。
在一些可能的实现方式中,为能够提高原子结构模型的性能,可以通过以下过程来表示该原子结构模型:
首先,确定表示所述驰豫过程的弛豫时间、表示低频弛豫过程的第一介电参数以及表示高频弛豫过程的第二介电参数。
其中,第一分数元对应的弛豫时间表示为τ1,对应的电容表示为C1;第二分数元对应的弛豫时间表示为τ2,对应的电容表示为C2;第三分数元对应的弛豫时间表示为τ3,对应的电容表示为C3。驰豫过程的驰豫时间的大小与极化类别和弛豫峰出现的位置密切相关。第一介电参数反映低频弛豫过程的介电参数,与弛豫峰的峰值(极大值)密切相关。第二介电参数反映高频弛豫过程的介电参数,与弛豫峰的峰值(极小值)密切相关。
其次,基于所述第一分数元、所述第二分数元和所述第三分数元,确定不同分数元之间的电压表达式。
这里,通过对比分数阶模型和粘弹性模型可以得到,电容C对应弹簧S,分别用来储存电能和力学能量;电阻R对应阻尼器D,分别用来消耗电能和力学能量;电学中串联电路电流I相等、总电压U为各元件电压之和,对应力学中串联支路应变ε相等、总应力σ为各元件应力之和;电学中并联电路电压U相等、总电流I为各元件电流之和,对应力学中并联支路应力σ相等、总应变ε为各元件应变之和。因此,运用力学的方程可以合理类比出分数Poynting-Thomson模型的本构方程。
令τ0=(C2τ1 α/C1τ2 β)1/(α?β),Ca=C110),以UM(t)表示α分数元和β分数元两端的电压,UF(t)表示γ分数元两端的电压,得到电压表达式,如公式(1)和(2)所示。
再次,基于所述第一介电参数和所述第二介电参数,对所述电压表达式进行调整,得到模型表达式。
其中,对公式(2)两边分别进行分数阶求导可得到公式(3):
令τ=τ0,Cb=C3(τ3/τ),根据串联电路中U(t)=UM(t)+UF(t),得到分数Poynting-Thomson模型的本构方程,即,模型表达式如公式(4)所示:
对上式通过傅里叶变换可得到公式(5):
由C*(ω)=Q(ω)/U(ω)得到分数Poynting-Thomson模型的复电容C*(ω)和复介电常数ε*(ω)如公式(6)所示:
对上式进行倒数运算,得到复介电模量如公式(7)所示:
复介电模量的实部M′(ω)和虚部M″(ω)如公式(8)所示:
其中,α,β,γ,τ,εa,εb是六个独立的模型参量。其中,α参量是描述弛豫过程对称分布的形状参数,β,γ参量是描述弛豫过程不对称分布的形状参数,令0<β<γ<α<1。τ参量代表弛豫时间,与极化类别和弛豫峰出现的位置密切相关;εa是反映低频弛豫过程的介电参数,与弛豫峰的峰值(极大值)密切相关;εb是反映高频弛豫过程的介电参数,与弛豫峰的峰值(极小值)密切相关。
最后,采用所述模型表达式,表示所述原子结构模型。如此,通过介电参数和不同分数元之间的电压表达式,得到模型表达式,从而通过该模型表达式来精确表示原子结构模型。
在一些实施例中,上述步骤102可以通过图3所示的步骤实现:
步骤301,在原子结构模型的模型表达式中,确定复介电模量。
其中,复介电模量如公式(7)所示,通过对模型表达式(4)进行多次计算,以得到复介电模量。
步骤302,基于所述复介电模量,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取与所述绝缘纸板的聚合度相关的所述绝缘老化特征参量。
这里,通过复介电模量形成约束条件,能够更加精确的分析出绝缘纸板的聚合度,从而便于在该绝缘纸板中提取该聚合度相关的绝缘老化特征参量。
在一些可能的实现方式中,上述步骤302可以通过以下步骤321和322(图示未示出)实现:
步骤321,对所述复介电模量进行参数拟合,得到目标约束函数。
这里,原子结构模型的六个参量中α参量、β参量、τ参量和εa参量对复介电模量实部和虚部频谱的影响较大。因此,原子结构模型的参数拟合是一个多参量非线性问题求解过程,需要在一定的目标函数约束下进行。在本申请实施例中,采用加权最小二乘法对原子结构模型进行参数拟合,目标约束函数如公式(9)所示:
其中,R为优化目标,min表示取后面表达式的最小值为目标,M′fi和M″fi为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部的拟合值,M′mi和M″mi为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部的测量值。
步骤322,采用所述目标约束函数,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取所述绝缘老化特征参量。
这里,通过统计分析大量试验结果,得到各目标参数的约束范围如公式(10)所示:
按照该约束范围,即可在植物油纸对应的绝缘纸板中,提取数值在该范围内的绝缘老化特征参量。
在上述步骤321和322中,通过参数拟合形成目标约束函数,从而以该目标约束函数为约束条件,能够在植物油纸对应的绝缘纸板中更加准确地提取绝缘老化特征参量。
步骤303,基于所述复介电模量,确定所述辅助特征参量。
这里,通过复介电模量的实部、虚部以及植物油纸的植物绝缘油酸值,得到该辅助特征参量。如此,通过原子结构模型的模型表达式先确定复介电模量,以得到辅助特征参量,再提取绝缘老化特征参量,能够快速得到绝缘老化特征参量和辅助特征参量。
在一些可能的实现方式中,上述步骤303可以通过以下步骤331和332(图示未示出)实现:
步骤331,确定所述复介电模量的实部幅值差、所述复介电模量的虚部积分值、所述植物油纸的植物绝缘油酸值。
这里,通过公式(7)得到该复介电模量,从而能够得到复介电模量的实部幅值差和复介电模量的虚部积分值。在确定植物油纸之后,即可得到该植物油纸的植物绝缘油酸值。
步骤332,在所述实部幅值差、所述虚部积分值、所述植物绝缘油酸值中,选取所述辅助特征参量。
如此,通过在实部幅值差、虚部积分值、植物绝缘油酸值中选取至少一个作为辅助特征参量,既能够快速得到辅助特征参量,还能够使得辅助特征参量体现复介电模量。
在一些实施例中,上述步骤103可以通过图4所示的步骤实现:
步骤401,对所述第一分数元、所述第二分数元、所述原子结构模型的模型表达式对应的复介电模量和所述绝缘老化特征参量进行参数拟合,得到拟合结果。
这里,通过对第一分数元、第二分数元、原子结构模型的模型表达式对应的复介电模量和绝缘老化特征参量等多个参数进行拟合,使得拟合结果能够体现多个参数之间的互相影响。
步骤402,基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的绝缘状态的熵权灰色关联度。
这里,熵权灰色关联度能够表示评价指标与被测样品之间的关联度,值越大则表示关联程度越大,反之则表示关联程度越小。通过该拟合结果,设定比较序列和参考序列,并通过该比较序列和参考序列分析绝缘状态的熵权灰色关联度。
在一些可能的实现方式中,上述步骤402可以通过以下步骤实现:
首先,基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的比较序列和参考序列。
这里,绝缘状态为比较序列X0如公式(13)所示,参考序列如公式(14)所示。
其次,对所述比较序列和所述参考序列分别进行无量钢化处理,得到已处理比较序列和已处理参考序列。
再次,确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的差值。
最后,基于所述差值,确定所述熵权灰色关联度。
步骤403,采用所述熵权灰色关联度,评估所述植物油纸的绝缘状态。
在一些可能的实现方式中,上述步骤403可以通过以下步骤实现:
首先,基于所述差值,确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的灰色关联系数。
其次,确定所述已处理参考序列对应的熵权。
最后,将所述灰色关联系数和所述熵权进行融合,得到所述熵权灰色关联度。
在本申请实施例中,通过对得到的复介电模量和绝缘老化特征参量进行参数拟合,按照拟合结果分析绝缘状态的熵权灰色关联度,再通过该熵权灰色关联度能够更加准确地评估植物油纸的绝缘状态。
上述步骤401至403可以通过以下过程实现:通过统计分析大量试验结果,随着植物油纸绝缘样品老化程度的加深,γ参量和εb参量在一定范围内波动,规律性不强,而α参量、β参量、εa参量、τ参量这四个模型参量对油纸绝缘的老化状态变化敏感,因此将这4个参量作为表征植物油纸绝缘老化状态的老化特征参量。
为明确老化程度对上述4个参量老化特征参量的影响,选取绝缘纸板聚合度作为表征老化程度的状态参量,通过最小二乘法分别对老化特征参量α,β,τ,εa与绝缘纸板聚合度进行参数拟合,老化特征参量α,β与绝缘纸板聚合度存在较好的幂函数关系,老化特征参量εa与绝缘纸板聚合度存在较好的指数关系,老化特征参量τ与绝缘纸板聚合度存在较好的线性关系。
通过大量试验结果可以得到,老化特征参量α,β,τ,εa与绝缘纸板聚合度的关联程度较高,均达到0.98以上,因此可以作为定量评估植物油纸绝缘老化状态的经验公式,不同老化特征参量的评估结果还可以相互参考。
电力变压器在长期运行过程中,容易受到水分、老化、温度等多种不确定因素的影响,因此其内部油纸绝缘系统可视为一个典型的灰色系统。研究表明,基于灰色系统理论的灰色关联评估法能够对电力变压器、电缆、电容器等电力设备的绝缘状态进行有效评估。将电力设备的运行状况或故障种类划分为若干个参考指标,每一个参考指标下包含一系列特征参量或影响因素,通过计算、比较现场测量指标与参考指标的关联度大小,实现电力设备绝缘状态的准确评估。
对于植物油纸绝缘系统而言,绝缘性能诊断的参考指标主要包括化学评价指标和电学评价指标。其中,化学评价指标主要包括绝缘纸板聚合度、油中糠醛含量、油中溶解气体含量及比值(CO/CO2)等;电学评价指标主要包括绝缘电阻、泄漏电流、击穿电压、介质损耗因数等。考虑到植物绝缘油与矿物绝缘油在理化性质上的差异,本文选取植物绝缘油的酸值作为化学评价指标,选取老化特征参量α,β,τ,εa与介电特征参量虚部频谱积分值ADP、实部频谱幅值差ΔADP作为电学评价指标。
介电特征参量虚部频谱积分值ADP,如公式(11)所示:
实部频谱幅值差ΔADP,如公式(12)所示:
则熵权-灰色关联度的计算过程如下所示。
其中,首先,步骤″基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的比较序列和参考序列″可以通过以下过程实现:
设待诊样品的绝缘状态为比较序列X0如公式(13)所示:
X0=[X0(1),X0(2),...,X0(7)] (13);
其中,X0(1),X0(2),X0(3),X0(4)为分数Poynting-Thomson模型提取的特征参量α,β,τ,εa;X0(5)为复介电模量虚部的积分值ADP;X0(6)为复介电模量实部的幅值差ΔADP;X0(7)为植物绝缘油的酸值AV
不同老化、受潮程度植物油纸绝缘系统的绝缘状态为参考序列Xi(i=1,2,...,9)如公式(14)所示:
Xi=[Xi(1),Xi(2),...,Xi(7)] (14);
其次,步骤″对所述比较序列和所述参考序列分别进行无量钢化处理,得到已处理比较序列和已处理参考序列″可以通过以下过程实现:
为了消除单位、数量级对灰色关联分析的影响,本文采用采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理。均值化算子定义如(15)所示:
其中,式中,i代表序列的行数,i=1,2,...,9;j代表序列的列数,j=1,2,...,7。
参考序列中各评价指标对应值X′如公式(16)所示:
再次,步骤″确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的差值″可以通过以下过程实现:
将比较序列X0(j)中的每一项分别与参考序列Xi(j)中的每一项作差并取绝对值,得到差向量Δi(j)如公式(17)所示:
从差向量Δi(j)中找出最大值和最小值,分别记为M和m如公式(18)所示:
再次,步骤″基于所述差值,确定所述熵权灰色关联度″可以通过以下过程实现:
记ξ为分辨系数,其物理意义为第i种状态下第j个评价指标与评价对象之间的关联程度,其中,取ξ=0.5。灰色关联系数rij定义如公式(19)所示:
最后,步骤″基于所述差值,确定所述熵权灰色关联度″可以通过以下过程实现:
第j个(j=1,2,...,7)指标对第i种(i=1,2,...,9)状态的指标比重Rij如公式(20)所示:
由上式计算得到指标熵值Ej如公式(21)所示:
各评价指标的熵权Wj如公式(22)所示:
将灰色关联系数rij与各评价指标的熵权Wj相乘,得到植物油纸绝缘系统的熵权-灰色关联度Ri如公式(23)所示:
其中,Ri为第i个评价指标与被测样品之间的灰色关联度,Ri值越大则表示关联程度越大,反之则表示关联程度越小。
将R1~R7从大到小进行排序,该顺序反映了各评价指标对被测样品的影响程度,最大值对应的标准状态即为该样品最接近的绝缘状态。熵权-灰色关联度能够根据各评价指标的变化程度进行客观赋值,避免定量评估结果和定性分析结果出现较大差异,为准确评估植物油纸绝缘系统绝缘状态提供保障。
本申请实施例提供的植物油纸绝缘状态评估方法,基于分数元的概念建立分数Poynting-Thomson模型,利用分数阶微积分和介电模量的定义推导分数Poynting-Thomson模型的介电模量表达式,利用分数Poynting-Thomson模型对复介电模量虚部频谱进行参数辨识,提取与绝缘纸板聚合度关系密切的模型参量作为绝缘老化特征参量,同时选取复介电模量实部的幅值差、复介电模量虚部的积分值、植物绝缘油酸值作为辅助特征参量,最后利用改进灰色关联评估法对特征参量进行关联度分析,实现对植物油纸绝缘老化状态的定量评估,为现场植物油变压器绝缘状态评估和故障诊断提供有价值的参考。下面结合对植物油纸绝缘老化状态的定量评估的示例进行以下说明:
步骤1,构建比较序列。
通过加速热老化方法制了S1和S2两个植物油纸绝缘样品,使用IDAX-300仪器在(30±1)℃下进行FDS测量,得到样品的介电模量频谱。
其中,S1和S2样品绝缘纸板聚合度DP和含水量m.c.测量结果如下所示:
S1样品:DP=999,m.c.=1.21%;
S2样品:DP=735,m.c.=3.15%。
通过分数Poynting-Thomson模型对测量的复介电模量虚部频谱进行参数辨识,根据公式(11)、公式(12)分别计算S1和S2植物油纸绝缘样品的ADP和ΔADP。对S1和S2植物油纸绝缘样品的植物绝缘油进行酸值测量。
步骤2,定量评估样品的老化程度。
根据步骤1中提出的灰色熵权评估法,计算得到S1和S2植物油纸绝缘样品的熵权-灰色关联度;其中,最大灰色关联度分别为0.773和0.830,即S1和S2植物油纸绝缘样品的绝缘老化程度依次为0.773和0.830。
本申请实施例提供的植物油纸绝缘状态评估方法,可以通过图6所示框架实现,在该框架中包括:现场/实验室测量模块601、模型拟合模块602和评估模块603;其中:
现场/实验室测量模块601,用于执行以下过程:
首先,采用IDAX-300仪器对变压器/实验室研判进行FDS测量。
其次,获取绝缘结构参数。
最后,绘制介电模量频谱。
现场/实验室测量模块601,还用于根据测量标准对植物绝缘油纸进行酸值测量,并输入模型拟合模块602。
模型拟合模块602,用于执行以下过程:
首先,采用原子结构模块对参数进行辨识。
其次,获得老化特征向量α,β,τ,εa
再次,确定介电特征参量1(ADP)。
再次,确定介电特征参量2(△ADP)。
最后,根据测量的酸值,确定植物绝缘油酸值AV
评估模块603,用于执行以下过程:
首先,建立比较序列X0
其次,建立标准序列X0-X7,并进行量纲处理。
再次,确定植物油纸绝缘系统的熵权-灰色关联度。
再次,将熵权-灰色关联度从大到小进行排序。
最后,给出估结果。
在本申请实施例中,基于分数元的概念建立原子结构模型,利用分数阶微积分和介电模量的定义推导原子结构模型的介电模量表达式,利用原子结构模型对复介电模量虚部频谱进行参数辨识,提取与绝缘纸板聚合度关系密切的模型参量作为绝缘老化特征参量,同时选取复介电模量实部的幅值差、复介电模量虚部的积分值、植物绝缘油酸值作为辅助特征参量,最后利用改进灰色关联评估法对特征参量进行关联度分析,实现对植物油纸绝缘老化状态的定量评估,为现场植物油变压器绝缘状态评估和故障诊断提供有价值的参考。
基于同样的发明构思,本申请实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的植物油纸绝缘状态评估方法的植物油纸绝缘状态评估装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似,故下面所提供的一个或多个植物油纸绝缘状态评估装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于植物油纸绝缘状态评估方法的限定,在此不再赘述。
在一个实施例中,如图7所示,提供了一种植物油纸绝缘状态评估装置700,包括:
第一确定模块701,用于确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;
第二确定模块702,用于基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;
评估模块703,用于基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。
在上述装置中,所述第一确定模块701,还用于:获取第一分数元、第二分数元和第三分数元;其中,所述第一分数元表示弛豫过程对称分布的形状,所述第二分数元和所述第三分数元分别表示所述弛豫过程非对称分布的形状;将所述第一分数元和所述第二分数元并联,得到并联分数元;将所述并联分数元与所述第三分数元串联,得到所述原子结构模型。
在上述装置中,所述第一确定模块701,还用于:确定表示所述驰豫过程的弛豫时间、表示低频弛豫过程的第一介电参数以及表示高频弛豫过程的第二介电参数;基于所述第一分数元、所述第二分数元和所述第三分数元,确定不同分数元之间的电压表达式;基于所述第一介电参数和所述第二介电参数,对所述电压表达式进行调整,得到模型表达式;采用所述模型表达式,表示所述原子结构模型。
在上述装置中,所述第二确定模块702,还用于:在所述原子结构模型的模型表达式中,确定复介电模量;基于所述复介电模量,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取与所述绝缘纸板的聚合度相关的所述绝缘老化特征参量;基于所述复介电模量,确定所述辅助特征参量。
在上述装置中,所述第二确定模块702,还用于对所述复介电模量进行参数拟合,得到目标约束函数;采用所述目标约束函数,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取所述绝缘老化特征参量。
在上述装置中,所述第二确定模块702,还用于确定所述复介电模量的实部幅值差、所述复介电模量的虚部积分值、所述植物油纸的植物绝缘油酸值;在所述实部幅值差、所述虚部积分值、所述植物绝缘油酸值中,选取所述辅助特征参量。
在上述装置中,所述评估模块703,还用于对所述第一分数元、所述第二分数元、所述原子结构模型的模型表达式对应的复介电模量和所述绝缘老化特征参量进行参数拟合,得到拟合结果;基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的绝缘状态的熵权灰色关联度;采用所述熵权灰色关联度,评估所述植物油纸的绝缘状态。
在上述装置中,所述评估模块703,还用于基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的比较序列和参考序列;对所述比较序列和所述参考序列分别进行无量钢化处理,得到已处理比较序列和已处理参考序列;确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的差值;基于所述差值,确定所述熵权灰色关联度。
在上述装置中,所述基所述评估模块703,还用于基于所述差值,确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的灰色关联系数;确定所述已处理参考序列对应的熵权;将所述灰色关联系数和所述熵权进行融合,得到所述熵权灰色关联度。
上述植物油纸绝缘状态评估装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于电子设备中的处理器中,也可以以软件形式存储于电子设备中的存储器中,以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中,提供了一种电子设备,该电子设备可以是终端,其内部结构图可以如图8所示。该电子设备包括采集装置、处理器、存储器、输入/输出接口、通信接口、显示单元和输入装置。其中,采集装置、处理器、存储器和输入/输出接口通过系统总线连接,通信接口、显示单元和输入装置通过输入/输出接口连接到系统总线。其中,该电子设备的处理器用于提供计算和控制能力。该电子设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该电子设备的输入/输出接口用于处理器与外部设备之间交换信息。该电子设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信,无线方式可通过W旧、移动蜂窝网络、N FC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现一种植物油纸绝缘状态评估方法。该电子设备的显示单元用于形成视觉可见的画面,可以是显示屏、投影装置或虚拟现实成像装置。显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏,该电子设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层,也可以是电子设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板,还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解,图8中示出的结构,仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图,并不构成对本申请方案所应用于其上的电子设备的限定,具体的电子设备可以包括比图中所示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中,提供了一种电子设备,包括存储器和处理器,存储器中存储有计算机程序,该处理器执行计算机程序时上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
在一个实施例中,提供了一种计算机程序产品,包括计算机程序,该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法实施例中的步骤。
需要说明的是,本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等),均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据,且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程,是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中,该计算机程序在执行时,可包括如上述各方法的实施例的流程。其中,本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用,均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(Read-OnlyMemory,ROM)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(ReRAM)、磁变存储器(Magneto resistive Random Access Memory,MRAM)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory,FRAM)、相变存储器(Phase Change Memory,PCM)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(Random Access Memory,RAM)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限,RAM可以是多种形式,比如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory,SRAM)或动态随机存取存储器(Dynamic RandomAccess Memory,DRAM)等。本申请所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等,不限于此。本申请所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等,不限于此。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种植物油纸绝缘状态评估方法,其特征在于,所述方法包括:
确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;
基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;
基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型,包括:
获取第一分数元、第二分数元和第三分数元;其中,所述第一分数元表示弛豫过程对称分布的形状,所述第二分数元和所述第三分数元分别表示所述弛豫过程非对称分布的形状;
将所述第一分数元和所述第二分数元并联,得到并联分数元;
将所述并联分数元与所述第三分数元串联,得到所述原子结构模型。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述方法还包括:
确定表示所述驰豫过程的弛豫时间、表示低频弛豫过程的第一介电参数以及表示高频弛豫过程的第二介电参数;
基于所述第一分数元、所述第二分数元和所述第三分数元,确定不同分数元之间的电压表达式;
基于所述第一介电参数和所述第二介电参数,对所述电压表达式进行调整,得到模型表达式;
采用所述模型表达式,表示所述原子结构模型。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量,包括:
在所述原子结构模型的模型表达式中,确定复介电模量;
基于所述复介电模量,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取与所述绝缘纸板的聚合度相关的所述绝缘老化特征参量;
基于所述复介电模量,确定所述辅助特征参量。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述复介电模量,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取与所述绝缘纸板的聚合度相关的所述绝缘老化特征参量,包括:
对所述复介电模量进行参数拟合,得到目标约束函数;
采用所述目标约束函数,在所述植物油纸对应的绝缘纸板中,提取所述绝缘老化特征参量。
6.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于所述复介电模量,确定所述辅助特征参量,包括:
确定所述复介电模量的实部幅值差、所述复介电模量的虚部积分值、所述植物油纸的植物绝缘油酸值;
在所述实部幅值差、所述虚部积分值、所述植物绝缘油酸值中,选取所述辅助特征参量。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估,包括:
对所述第一分数元、所述第二分数元、所述原子结构模型的模型表达式对应的复介电模量和所述绝缘老化特征参量进行参数拟合,得到拟合结果;
基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的绝缘状态的熵权灰色关联度;
采用所述熵权灰色关联度,评估所述植物油纸的绝缘状态。
8.根据权利要求7所述的方法,其特征在于,所述基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的绝缘状态的熵权灰色关联度,包括:
基于所述拟合结果,确定所述植物油纸的比较序列和参考序列;
对所述比较序列和所述参考序列分别进行无量钢化处理,得到已处理比较序列和已处理参考序列;
确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的差值;
基于所述差值,确定所述熵权灰色关联度。
9.根据权利要求8所述的方法,其特征在于,所述基于所述差值,确定所述熵权灰色关联度,包括:
基于所述差值,确定所述已处理比较序列和所述已处理参考序列之间的灰色关联系数;
确定所述已处理参考序列对应的熵权;
将所述灰色关联系数和所述熵权进行融合,得到所述熵权灰色关联度。
10.一种植物油纸绝缘状态评估装置,其特征在于,所述装置包括:
第一确定模块,用于确定用于评估植物油纸绝缘状态的原子结构模型;
第二确定模块,用于基于所述原子结构模型,确定所述植物油纸的绝缘老化特征参量和辅助特征参量;
评估模块,用于基于所述绝缘老化特征参量和所述辅助特征参量,对所述植物油纸的绝缘状态进行评估。
11.一种电子设备,包括存储器和处理器,所述存储器存储有计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
12.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至9中任一项所述的方法的步骤。
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