JP2019504299A - 変圧器油紙絶縁の主絶縁条件のインテリジェントな評価方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、変圧器油紙絶縁の主絶縁条件のインテリジェントな評価方法であって、少なくとも１つの標準状態を確立することと、各標準状態について、加速熱劣化試験を複数のサンプルに行ってサンプルを標準状態にすることであって、複数のサンプルの各々は、異なる時間の加速熱劣化試験を受けることと、複数のサンプルの各々の時間および周波数領域特性パラメータを抽出することと、各サンプルの時間および周波数領域特性パラメータを使用して特徴ベクトルを形成し、すべてのサンプルの特徴ベクトルから知識ベースを形成することと、知識ベースの特徴ベクトルを使用することによって分類器を訓練することと、訓練された分類器を使用することによって主絶縁条件を評価することとを含む方法を提供する。本発明のインテリジェントな評価方法は、変圧器の絶縁の幾何学的形状、温度および油を考慮しているので、油浸漬変圧器の絶縁条件の異なる電圧等級の現場評価に適している。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気機器の絶縁劣化および寿命予測に関し、具体的には、変圧器油紙絶縁の主絶縁条件のインテリジェントな評価方法に関する。

物理的−化学的パラメータおよび電気パラメータは、変圧器絶縁の劣化条件を評価するために広く使用されている。

例として、重合度および機械的特性（引張強度）のような物理的−化学的特性は、セルロース絶縁の劣化状態を監視するための最も信頼できるものの１つであるが、これらの方法は、変圧器を開き、巻線のいくつかの最も典型的な部分からサンプルを取る必要があり、これは実装が難しく、かつ変圧器の絶縁に損傷を与える可能性がある。

紙絶縁条件を評価するための劣化マーカとして、油およびフルフラール含量（２−ＦＡＬ）中の溶存ガス（ＣＯ、ＣＯ２）を使用することもできるが、評価精度は、オイル濾過、セルロース絶縁の劣化度によって影響を受けることがある。さらに、油のみの劣化により、ＣＯおよびＣＯ２ガスが生成される場合もある。

また、電力セクタによる変圧器の長期間の水分特性として、絶縁抵抗、分極指数、および誘電正接を含む電気パラメータが選択されている。残念なことに、９０年代の最後の世代まで、変圧器絶縁劣化条件評価のための体系的な研究を伴う電気診断方法は、まだ存在しない。

中国特許第１０３１９７１７１Ａ号明細書

当該分野における実際の適用要件を対象として、本発明は、変圧器油紙絶縁の主絶縁条件のインテリジェントな評価方法であって、
少なくとも１つの標準状態を確立することと、
各標準状態について、加速熱劣化試験を複数のサンプルに行って前記サンプルを前記標準状態にすることであって、前記複数のサンプルの各々は、異なる時間の前記加速熱劣化試験を受けることと、
前記複数のサンプルの各々の時間および周波数領域特性パラメータを抽出することと、
各サンプルの前記時間および周波数領域特性パラメータを使用して特徴ベクトルを形成し、すべてのサンプルの特徴ベクトルから知識ベースを形成することと、
前記知識ベースの前記特徴ベクトルを使用することによって分類器を訓練することと、
前記訓練された分類器を使用することによって前記主絶縁条件を評価することとを含む方法を提供する。

前記方法の好ましい実施形態では、前記加速熱劣化試験は、前記加速熱劣化試験を前記サンプルに特定の時間行い、次いで吸湿のために前記サンプルを空気中に暴露して前記標準状態のサンプルを調製するステップを含む。

前記方法の好ましい実施形態では、前記複数のサンプルの各々の時間および周波数領域特性パラメータを前記抽出することは、
各サンプルの周波数領域分光法を得て、次いで前記各サンプルの複数の周波数領域特性パラメータを抽出することと、
前記サンプルの時間領域分光法を測定し、前記サンプルのリターン電圧曲線を計算し、前記時間領域分光法および前記リターン電圧曲線に従って複数の時間領域特性パラメータを抽出することとをさらに含む。

前記方法の好ましい実施形態では、前記時間領域分光法は、分析器の測定によって、または前記周波数領域分光法の逆フーリエ変換によって計算される。

前記方法の好ましい実施形態では、前記リターン電圧曲線は、拡張Ｄｅｂｙｅモデルの回路パラメータによって計算される。

前記方法の好ましい実施形態では、前記分類器の入力は、前記複数の周波数および時間領域特性パラメータによって形成された特徴ベクトルを含み、前記分類器の出力は、前記標準状態を含む。

前記方法の好ましい実施形態では、前記主絶縁条件を前記評価することは、
主絶縁全体の周波数領域分光法および油の伝導率を測定するステップと、
主絶縁の幾何学的パラメータを使用して油浸漬プレスボードの等価周波数領域分光法を計算するステップと、
前記知識ベースに基づいて、試験温度下の前記等価周波数領域分光法を基準温度下の前記等価周波数領域分光法に変換し、次いで誘電特性を抽出するステップと、
前記誘電特性を使用して状態特徴ベクトルを構築するステップと、
前記状態特徴ベクトルを前記分類器に入れて前記変圧器の前記主絶縁の水分および劣化状態を推定するステップとを含む。

前記方法の好ましい実施形態では、前記主絶縁は、前記変圧器の隣接する巻線の間の複雑な油紙絶縁である。

前記方法の好ましい実施形態では、前記油の前記油伝導率は、変圧器の頂部での前記油のＤＣ導電率である。

前記方法の好ましい実施形態では、主絶縁の前記幾何学的パラメータは、前記主絶縁の扇形要素の数と、前記主絶縁の障壁の総厚さと、前記障壁の間のスペーサの幅と、中／低電圧巻線とコア中心との間の距離と、中／高電圧巻線とコア中心との間の距離と、高、中および低電圧巻線の高さとを含む。

上記の一般的な説明および特定の説明に下線を引くものは、例示的かつ例証的なものであり、特許請求の範囲によって定義される本発明のさらなる説明を提供することを意図するものであることを理解されたい。

図は、本発明のさらなる理解のために提供され、本出願の一部として含まれ形成される。図は、本発明の実施形態を示すものであり、用途の仕様と共に本発明の原理の説明のために使用される。各図の説明は、以下の通りである。

本発明によるインテリジェントな評価方法の基本ステップを示すフローチャートである。 各サンプルの誘電特性を抽出するためのプロセスの一実施形態を示す図である。 知識ベースを確立し、分類器を訓練するためのプロセスの一実施形態を示す図である。 変圧器主絶縁の条件評価のためのプロセスの一実施形態を示す図である。 油紙絶縁の拡張Ｄｅｂｙｅ回路モデルの一実施形態を示す図である。 変圧器の主絶縁の構造を示す図である。

本発明は、時間および周波数領域誘電特性に基づいて油浸漬電力変圧器の水分および劣化状態のインテリジェントな評価方法を提供することを目的とする。方法は、試験温度、主絶縁構造、油の伝導率などの総合的な影響を考慮して、主絶縁構造の異なる様々な油浸漬電力変圧器に広く適用可能である。本発明は、従来の化学的および電気的方法の欠点を補うものである。水分の浸入を診断するだけでなく、非破壊性、操作性、可搬性などの利点を利用してオンサイト試験に適合した変圧器主絶縁の劣化状態を評価することができる。

本発明のインテリジェントな評価方法は、３つの態様、すなわち、特性の抽出、知識ベースの確立および分類器の訓練プロセス、ならびに電力変圧器主絶縁の条件評価を主に含む。図１〜図４は、本発明のインテリジェントな評価方法の実施形態を示しており、これらの図面と組み合わせて詳細に説明する。

特に、図１は、本発明によるインテリジェントな評価方法の基本ステップを示すフローチャートである。この図に示すように、変圧器油紙絶縁の主絶縁条件のインテリジェントな評価方法１００は、
ステップ１０１：少なくとも１つの標準状態を確立することと、
ステップ１０２：各標準状態について、加速熱劣化試験を複数のサンプルに行ってサンプルを標準状態にすることであって、複数のサンプルの各々は、異なる時間の加速熱劣化試験を受けることと、
ステップ１０３：複数のサンプルの各々の時間および周波数領域特性パラメータを抽出することと、
ステップ１０４：各サンプルの時間および周波数領域特性パラメータを使用して特徴ベクトルを形成し、すべてのサンプルの特徴ベクトルから知識ベースを形成することと、
ステップ１０５：知識ベースの特徴ベクトルを使用することによって分類器を訓練することと、
ステップ１０６：訓練された分類器を使用することによって主絶縁条件を評価することとを含む。

以下、本発明を特定の実施形態により説明する。もちろん、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲によって定義される範囲内で、適切に変更および調整することができる。

１つの好ましい実施形態によれば、少なくとも１つの標準状態（図３に３で示す）、たとえば、変圧器の油紙絶縁サンプルのＮ種類の標準状態は、たとえば動作中の変圧器油紙絶縁の典型的な劣化状態および含有水分を分析することによって確立される（ステップ１０１）。

各標準状態について、加速熱劣化試験が複数のサンプル（たとえば、Ｍ個のサンプル、したがって合計でＮ×Ｍ個の油紙絶縁サンプル）に特定の期間行われ、次いでサンプルを標準状態にするためにサンプルを周囲空気中に曝露して含有水分を吸収する（ステップ１０２）。たとえば、サンプルを電子スケール上に置き、周囲空気から含有水分を吸収してサンプルをその標準状態にすることができる。さらに、標準状態毎のサンプル数をＭとすることが好ましい。

ステップ１０３では、複数のサンプルの各々の時間および周波数領域特性パラメータが抽出される（図３に４で示す）。好ましい実施形態では、各サンプルの周波数領域分光法の後、各サンプルの複数の周波数領域特性パラメータが抽出される。サンプルの時間領域分光法を測定し、次いでサンプルのリターン電圧曲線を計算する。複数の時間領域特性パラメータは、時間領域分光法およびリターン電圧曲線に従って抽出される。

一例として、図２を参照すると、ステップ１０３は、特に以下のステップを含むことができる：
各サンプルの周波数領域分光法（ＦＤＳ）（図２に４１で示す）を測定し、次いで修正されたＣｏｌｅ−Ｃｏｌｅモデルを利用して各サンプルの３つの周波数領域特性パラメータを抽出するステップと、
各サンプルの時間領域誘電分光法ＰＤＣ（図２に４２で示す）を得るために、油紙絶縁サンプルの拡張Ｄｅｂｙｅモデル（図２に４４で示す）を確立し、拡張Ｄｅｂｙｅモデルの回路パラメータに基づいてリターン電圧曲線（ＲＶＭ）を計算し、次いでＰＤＣおよびＲＶＭ曲線に従って５つの時間領域特性パラメータ（図２に４７で示す）を抽出するステップであって、２つの方法を使用してＰＤＣを得ることができ、その１つは分析器によってＰＤＣ曲線を測定することであり、もう１つは周波数領域誘電分光法の逆フーリエ変換（図２に４５で示す）によってＰＤＣ曲線を計算するステップ。拡張Ｄｅｂｙｅ回路モデルが図５に示されており、ここで、Ｒ０およびＣ０は、それぞれ絶縁抵抗および幾何学的キャパシタンスであり、τｉは、異なる緩和時間の下で分極現象をシミュレートするために使用される直列−並列ブランチの時定数（τｉ＝Ｒｉ＊Ｃｉ）である。

図３に示すように、ステップ１０４において、特徴ベクトルは、各サンプルの時間および周波数領域特性パラメータを使用して計算され、たとえば、各油紙絶縁サンプルの時間−周波数領域特性パラメータ（図２に４７および４６で示す）は、特徴ベクトルにグループ化され、次いですべてのサンプルの特徴ベクトルは、誘電指紋知識ベースなどの知識ベース（図３に５で示す）を形成することができる。

ステップ１０５では、分類器が、知識ベースの特徴ベクトルを使用することによって訓練される（図３に６で示す）。分類器は、ＢＰニューラルネットワーク、サポートベクトルマシンなどを選択することができる。特に、この実施形態では、分類器の入力パラメータは、複数の時間領域特性パラメータおよび複数の周波数領域特性パラメータ（上記の例では、合計で８つの時間−周波数領域特性パラメータがある）であり、その出力パラメータは、上記の標準状態であってもよい。この場合、知識ベースを使用して分類器を訓練し解決することができる。

最後に、ステップ１０６において、訓練された分類器を使用して、変圧器の主絶縁条件を評価する。好ましくは、図４によれば、ステップ１０６は、以下のステップをさらに含むことができる。

絶縁条件が未知の油浸漬電力変圧器では、主絶縁の油伝導率σおよび複素容量スペクトルＣ＊（ω）が最初に測定され、主絶縁は、図６に示すように、変圧器の隣接する巻線の間の油紙絶縁であることが好ましく、油伝導率は、変圧器の頂部での油のＤＣ導電率σ（Ｔ）であることが好ましい。

主絶縁の幾何学的パラメータを収集し、次いで油浸漬プレスボードの等価周波数領域分光法を計算するために利用する。たとえば、主絶縁の幾何学的パラメータは、これらに限定されないが、主絶縁の扇形要素の数ｎと、主絶縁の障壁の総厚さ

と、障壁の間のスペーサの幅と、中／低電圧巻線とコア中心との間の距離ｒ１と、中／高電圧巻線とコア中心との間の距離ｒ２と、高、中および低電圧巻線の高さｈとを含む。

知識ベースに基づいて、試験温度下の等価周波数領域分光法を基準温度下の等価周波数領域分光法に変換し、次いで誘電特性を抽出する。

状態特徴ベクトルは、誘電特性を使用して構築される。

状態特徴ベクトルを分類器に入れ、変圧器の主絶縁の水分および劣化状態を推定する。

さらに、現場試験温度での変圧器プレスボードの複素誘電率１１は、ＸＹモデルによって計算することができる。この場合、試験温度Ｔにおける周波数領域分光法４１は、知識ベースが実験室で確立された指定温度Ｔ０における周波数領域分光法４１にシフトされる。時間−周波数領域特性パラメータ４を抽出するために、変圧器プレスボードの時間領域誘電分光法４２は、その周波数領域分光法４１の逆フーリエ変換４５によって得られることに注目すべきである。変圧器プレスボードの時間−周波数領域特性パラメータは、訓練された分類器６に供給される特徴ベクトルにグループ化され、変圧器絶縁の劣化状態および水分が決定される。

要約すると、本発明のインテリジェントな評価方法は、変圧器の絶縁の幾何学的形状、温度および油を考慮しているので、油浸漬変圧器の絶縁条件の異なる電圧等級の現場評価に適している。方法は、単一の特性パラメータではなく時間−周波数領域特性パラメータからなる特徴ベクトルを採用する。さらに、本発明は、より科学的かつ正確である動作中の変圧器油紙絶縁の典型的な劣化状態および含有水分を反映するインテリジェンスパターン認識を導入する。

従来の技術と比較して、本発明の方法は、変圧器の含有水分を評価するだけでなく、劣化状態に関する情報も提供することができる。新しいサンプルを追加することで知識ベースが拡張し続けるため、評価精度が常に向上する。

当業者には分かるように、本発明の上記の実施形態は、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、変更または修正することができる。したがって、本発明は、特許請求の範囲およびその等価の解決策によって定義される範囲内のあらゆる変更および修正を包含する。

３ 標準状態
５ 知識ベース
６ 分類器
１１ 複素誘電率
４１ 周波数領域分光法
４２ 時間領域誘電分光法
４４ 拡張Ｄｅｂｙｅモデル
４５ 逆フーリエ変換
４６ 周波数領域特性パラメータ
４７ 時間領域特性パラメータ
１００ 評価方法

Claims (10)

1. 変圧器油紙絶縁の主絶縁条件のインテリジェントな評価方法（１００）であって、
   少なくとも１つの標準状態（３）を確立することと、
   各標準状態（３）について、加速熱劣化試験を複数のサンプルに行って前記サンプルを前記標準状態（３）にすることであって、前記複数のサンプルの各々は、異なる時間の前記加速熱劣化試験を受けることと、
   前記複数のサンプルの各々の時間領域特性パラメータ（４７）および周波数領域特性パラメータ（４６）を抽出することと、
   各サンプルの前記時間領域特性パラメータ（４７）および周波数領域特性パラメータ（４６）を使用して特徴ベクトルを形成し、すべてのサンプルの特徴ベクトルから知識ベース（５）を形成することと、
   前記知識ベース（５）の前記特徴ベクトルを使用することによって分類器（６）を訓練することと、
   前記訓練された分類器（６）を使用することによって前記主絶縁条件を評価することと
   を含む、方法（１００）。
2. 前記加速熱劣化試験が、
   前記加速熱劣化試験を前記サンプルに特定の時間行い、次いで吸湿のために前記サンプルを空気中に暴露して前記標準状態（３）のサンプルを調製するステップ
   を含む、請求項１に記載の方法（１００）。
3. 前記複数のサンプルの各々の時間領域特性パラメータ（４７）および周波数領域特性パラメータ（４６）を前記抽出することが、
   各サンプルの周波数領域分光法（４１）を得て、次いで前記各サンプルの複数の周波数領域特性パラメータ（４６）を抽出することと、
   前記サンプルの時間領域分光法（４２）を測定し、前記サンプルのリターン電圧曲線を計算し、前記時間領域分光法（４２）および前記リターン電圧曲線に従って複数の時間領域特性パラメータ（４７）を抽出することと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法（１００）。
4. 前記時間領域分光法（４２）が、分析器の測定によって、または前記周波数領域分光法（４１）の逆フーリエ変換（４５）によって計算される、請求項３に記載の方法（１００）。
5. 前記リターン電圧曲線が、拡張Ｄｅｂｙｅモデル（４４）の回路パラメータによって計算される、請求項３に記載の方法（１００）。
6. 前記分類器（６）の入力が、前記複数の周波数領域特性パラメータ（４６）および時間領域特性パラメータ（４７）によって形成された特徴ベクトルを含み、前記分類器（６）の出力が、前記標準状態（３）を含む、請求項３に記載の方法。
7. 前記主絶縁条件を前記評価することが、
   主絶縁全体の周波数領域分光法（４１）および油の伝導率を測定するステップと、
   主絶縁の幾何学的パラメータを使用して油浸漬プレスボードの等価周波数領域分光法を計算するステップと、
   前記知識ベース（５）に基づいて、試験温度下の前記等価周波数領域分光法を基準温度下の前記等価周波数領域分光法に変換し、次いで誘電特性を抽出するステップと、
   前記誘電特性を使用して状態特徴ベクトルを構築するステップと、
   前記状態特徴ベクトルを前記分類器（６）に入れて前記変圧器の前記主絶縁の水分および劣化状態を推定するステップと
   を含む、請求項１に記載の方法（１００）。
8. 前記主絶縁が、前記変圧器の隣接する巻線の間の複雑な油紙絶縁である、請求項７に記載の方法（１００）。
9. 前記油の前記油伝導率が、変圧器の頂部での前記油のＤＣ導電率である、請求項７に記載の方法（１００）。
10. 主絶縁の前記幾何学的パラメータが、前記主絶縁の扇形要素の数と、前記主絶縁の障壁の総厚さと、前記障壁の間のスペーサの幅と、中／低電圧巻線とコア中心との間の距離と、中／高電圧巻線とコア中心との間の距離と、高、中および低電圧巻線の高さとを含む、請求項７に記載の方法（１００）。

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