一種獲得變壓器中油浸紙頻域介電譜的方法
2024-04-16 14:47:05
1.本發明涉及油浸式變壓器絕緣介電響應診斷領域，具體是一種獲得變壓器中油浸紙頻域介電譜的方法。
背景技術：
2.油浸式變壓器的主絕緣是一種典型的油紙絕緣結構，在長期的運行過程中，由於受到電、熱、水分以及機械等作用的影響，其絕緣性能逐漸下降，對變壓器的安全穩定運行造成嚴重威脅。因此需要對變壓器主絕緣狀態進行準確有效的診斷，這是現在電力行業關注的熱點，也是迫切需要解決的問題。基於介電響應的頻域介電譜法(frequency domain spectroscopy，fds)是一種用於評估電氣設備絕緣狀態的非破壞性測量方法。由於攜帶信息豐富、抗幹擾能力強、具有無損檢測等特性，fds被廣泛用於含油電氣設備，尤其是油浸式變壓器油紙絕緣的狀態評估領域。
3.變壓器主絕緣由油道、撐條和絕緣紙筒構成，如圖1所示。其頻域介電譜會受到絕緣結構、絕緣油性能等多方面的影響，一般只能用來定性地分析絕緣狀態。而油浸紙的頻域介電譜不受絕緣結構的影響，並且包含全面的絕緣狀態信息，可以用於定量分析變壓器的絕緣狀態。但是在實際應用中，能夠直接測量得到的是變壓器主絕緣的頻域介電譜，因此需要把油浸紙的頻域介電譜從主絕緣頻譜中提取出來。
技術實現要素：
4.有鑑於此，本發明的目的在於提供一種獲得油浸式變壓器中油浸紙頻域介電譜的方法，根據測量得到的主絕緣和絕緣油頻域介電譜，結合介電譜模型，在主絕緣結構未知的情況下求取油浸紙的頻域介電譜。
5.為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
6.一種獲得油浸式變壓器中油浸紙頻域介電譜的方法，該方法包括以下步驟：
7.s1:測量變壓器主絕緣的復電容c
all*
(ω)，並計算主絕緣的頻域介電譜ε
all*
(ω)；
8.s2:測量絕緣油的復電容c
oil*
(ω)，並計算絕緣油的頻域介電譜ε
oil*
(ω)；
9.s3:根據主絕緣的頻域介電譜ε
all*
(ω)和絕緣油的頻域介電譜ε
oil*
(ω)，計算不同絕緣結構參數下的油浸紙頻域介電譜ε
paper*
(ω)；
10.s4:採用介電譜模型對不同絕緣結構下計算獲得的油浸紙頻譜ε
paper*
(ω)進行擬合，擬合殘差最小的一組即為所求的油浸紙頻域介電譜。
11.進一步的，所述s1和s2中的復電容c
all*
(ω)和c
oil*
(ω)由介電阻抗譜儀直接測量獲得，頻率測量範圍為1mhz-10khz，頻域介電譜ε
*
(ω)按照下式計算得到：
[0012][0013]
其中，ω為角頻率，c
*
(ω)為變壓器主絕緣或絕緣油的復電容，c0為絕緣的幾何電容。
[0014]
進一步的，所述s3具體包括如下步驟：
[0015]
s31:根據下式計算油浸紙頻域介電譜ε
paper*
(ω)：
[0016][0017]
其中，x是主絕緣中各層油浸紙總厚度與主絕緣間距的比值，y是各處撐條總寬度與高低壓繞組平均周長的比值，x、y的初始取值均為0.1。
[0018]
s32:逐漸改變絕緣結構參數x、y的數值，計算不同結構參數下的ε
paper*
(ω)，x取值範圍為0.1-0.5，y取值範圍為0.1-0.3，步長均為0.01。
[0019]
進一步的，所述s4中的介電譜模型如下式：
[0020][0021]
擬合殘差λ定義為：
[0022][0023]
其中，ε'
擬合
和ε'
計算
分別為採用介電譜模型擬合和計算獲得的復介電常數實部，ε」擬合
和ε」計算
分別為採用介電譜模型擬合和計算獲得的復介電常數虛部。
[0024]
進一步的，所述s4中選取擬合殘差最小的一組為求解結果的依據為：真實的油浸紙頻域介電譜ε
paper*
(ω)滿足式(2)所描述的介電譜模型，其對應的擬合殘差非常小；而採用錯誤的結構參數x、y值計算獲得的ε
paper*
(ω)與真實值存在較大差異，無法準確地用式(2)進行描述，其對應的擬合殘差也較大，故而擬合殘差最小的一組即為真實的ε
paper*
(ω)。
[0025]
本發明的有益效果在於：本發明提供的一種獲得變壓器中油浸紙頻域介電譜的方法，通過測量變壓器主絕緣和絕緣油的頻域介電譜，結合不同絕緣結構參數計算內部油浸紙的頻域介電譜，並採用介電譜模型對不同結構下計算獲得的油浸紙頻譜進行擬合，擬合殘差最小的一組即為所求油浸紙的頻域介電譜。本發明能夠在變壓器主絕緣結構參數未知的情況下獲得油浸紙的頻域介電譜，為進一步解讀油浸紙介電信息並得出其絕緣狀態提供了更為有效的手段。
附圖說明
[0026]
圖1是變壓器主絕緣模型；
[0027]
圖2是本發明實施例提供的測量得到的變壓器主絕緣頻域介電譜；
[0028]
圖3是本發明實施例提供的測量得到的變壓器絕緣油頻域介電譜；
[0029]
圖4是本發明實施例提供的在不同絕緣結構參數下計算獲得的油浸紙頻域介電譜；
[0030]
圖5是本發明實施例提供的採用介電模型對不同絕緣結構參數計算獲得的油浸紙頻域介電譜進行擬合的殘差分布圖；
[0031]
圖6是本發明實施例提供的求得的變壓器內部油浸紙頻域介電譜及其介電模型擬合曲線。
具體實施方式
[0032]
為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0033]
本發明實施例提供一種種獲得變壓器中油浸紙頻域介電譜的方法，包括如下步驟：
[0034]
s1:測量變壓器主絕緣的復電容c
all*
(ω)，並計算主絕緣的頻域介電譜ε
all*
(ω)；
[0035]
本發明以實驗室內搭建的變壓器主絕緣模型為研究對象，絕緣結構參數x＝0.33，y＝0.2，如圖1所示。搭建好主絕緣模型後，將其密封並抽真空，整個裝置放置在溫度為45℃的恆溫箱內48h以便溫度、水分含量充分穩定。測量主絕緣的頻域介電譜，頻率測量範圍為1mhz-10khz，激勵電壓有效值為140v，測量結果如圖2所示。
[0036]
s2:測量絕緣油的復電容c
oil*
(ω)，並計算絕緣油的頻域介電譜ε
oil*
(ω)；
[0037]
從主絕緣模型中取油，並測量其頻域介電譜，測試溫度和主絕緣介電測量一致，均為45℃，測量結果如圖3所示。
[0038]
s3:根據主絕緣和絕緣油的頻域介電譜ε
all*
(ω)和ε
oil*
(ω)，計算不同絕緣結構參數下的油浸紙頻域介電譜ε
paper*
(ω)；
[0039]
根據測量得到的主絕緣和絕緣油的頻域介電譜ε
all*
(ω)、ε
all*
(ω)，按照下式計算油浸紙的頻域介電譜ε
paper*
(ω)。
[0040][0041]
絕緣結構參數x取值範圍為0.1-0.5，y取值範圍為0.1-0.3，步長均為0.01，總共計算獲得861組ε
paper*
(ω)，圖4示出了其中4組計算結果。
[0042]
s4:採用介電譜模型對不同絕緣結構下計算獲得的油浸紙頻譜進行擬合，擬合殘差最小的一組即為所求的油浸紙頻域介電譜。
[0043]
採用介電譜模型式(2)對不同絕緣結構參數下計算獲得的861組油浸紙頻域介電譜進行擬合：
[0044][0045]
並按照式(3)，計算各組油浸紙頻域介電譜的擬合殘差λ：
[0046][0047]
圖5示出了不同絕緣結構參數下計算獲得的861組油浸紙頻域介電譜的擬合殘差分布圖。當取結構參數x＝0.34、y＝0.19時，擬合殘差最小，對應的計算獲得的油浸紙頻域介電譜即為所求，圖6示出了求得的油浸紙頻域介電譜及其介電譜模型擬合曲線。
[0048]
本發明的有益效果在於，與現有技術相比，本發明可以在未知絕緣結構參數下，獲得變壓器內部油浸紙的頻域介電譜。
[0049]
以上所述，僅為本發明的具體實施方式，但本發明的保護範圍並不局限於此，任何
屬於本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。因此，本發明的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。