CN107609251B - 一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法 - Google Patents

一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107609251B
CN107609251B CN201710796694.8A CN201710796694A CN107609251B CN 107609251 B CN107609251 B CN 107609251B CN 201710796694 A CN201710796694 A CN 201710796694A CN 107609251 B CN107609251 B CN 107609251B
Authority
CN
China
Prior art keywords
model
oiled paper
polarization
bushing
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710796694.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107609251A (zh
Inventor
姜海波
刘昌宏
陆承虎
杜林�
冉鹂蔓
杨峰
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guizhou Power Grid Co Ltd
Original Assignee
Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guizhou Power Grid Co Ltd filed Critical Guizhou Power Grid Co Ltd
Priority to CN201710796694.8A priority Critical patent/CN107609251B/zh
Publication of CN107609251A publication Critical patent/CN107609251A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107609251B publication Critical patent/CN107609251B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法，它包括：步骤1、通过一个电容和一个电阻并联来等效油纸电容式套管的每层电容介质；步骤2、通过一个电容和一个电阻串联的支路来模拟每层电容介质的松弛极化现象，在步骤1的基础上再并联一个RC串联支路来等效每层电介质的松弛极化过程，从而得到油纸电容式套管每层的极化电路模型；步骤3、将步骤2得到的油纸电容式套管每层的极化电路模型n个并联在一起，得到油纸电容式套管串联极化模型；解决了现有技术针对油纸电容式套管油建模时域介电谱图易受环境噪声干扰导致模型参数估计不够准确的问题。

Description

一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法
技术领域：
本发明属于电力变压器油纸电容式套管建模技术，尤其涉及一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法。
背景技术：
油纸电容式套管是电力变压器的重要载流元件，其作为变压器内绝缘与外部电网连接的枢纽，由于长时间受过电压、机械压力、热应力及受潮等多因素的联合作用，电气、机械性能将逐渐劣化，并进一步引发绝缘故障，直接危及变压器的安全运行及供电可靠性，因此准确评估油纸电容式套管的绝缘状态对保证电网的安全稳定运行具有重要的意义。
建立油纸电容式套管绝缘等效电路模型是分析套管绝缘状态的重要途径与方法。油纸电容式套管在运行过程中，绝缘老化、受潮导致绝缘状态发生改变，对应于等效电路模型参数发生变化，即绝缘介质状态的变化能够在其等效电路参数的变化上进行反映，因此，搭建准确的油纸电容式套管绝缘等效电路模型是绝缘状态特性分析的基础。目前国内外针对油纸绝缘结构等效模型展开了相关研究，大多集中在Maxwell模型、Cole-Cole模型和扩展德拜模型及其衍生模型。研究表明，Maxwell模型能准确模拟介质的界面极化过程，但其未对转向极化和热离子极化过程做出合理解释，在应用于严重老化的油纸绝缘设备时具有一定的局限性；Cole-Cole模型虽具有合理的物理意义，但其不具备电路特征，模型参量不便于计算；扩展德拜模型利用多条RC串联支路来解释油纸绝缘复合结构不同弛豫时间下的介电响应过程，但其对于介质内部复杂的界面极化过程描述不足。且上述模型未充分考虑具体实际的套管绝缘结构，故不能真实反映油纸电容式套管的绝缘状态。此外，目前多数建模研究基于时域回复电压法(Recovery Voltage Method,RVM)或极化去极化电流法(Polarization and Depolarization Current,PDC)进行参数辨识，而时域谱图易受时域噪声的干扰及测量信号的精度限制，从而影响等效模型参数辨识的准确性。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法，以解决现有技术针对油纸电容式套管油建模大多基于时域介电响应—RVM和PDC曲线进行等效模型参数辨识，而时域介电谱图易受环境噪声干扰导致模型参数估计不够准确等问题，提出通过频域介电谱FDS曲线建立油纸电容式套管绝缘等效模型，能有效解决时域谱图抗干扰能力不足的问题。
本发明技术方案：
一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法，它包括：
步骤1、通过一个电容和一个电阻并联来等效油纸电容式套管的每层电容介质；
步骤2、通过一个电容和一个电阻串联的支路来模拟每层电容介质的松弛极化现象，在步骤1的基础上再并联一个RC串联支路来等效每层电介质的松弛极化过程，从而得到油纸电容式套管每层的极化电路模型；
步骤3、将步骤2得到的油纸电容式套管每层的极化电路模型n个并联在一起，得到油纸电容式套管串联极化模型；n为油纸电容式套管的绝缘层数量。
所述油纸电容式套管串联极化模型的参数辨识方法，它包括：
步骤2.1、首先对油纸电容式套管开展频域介电谱测试，将频域介电谱测试仪的黄色高压引线接套管的导电杆，红色测量引线接末屏，套管法兰和油箱同时接地，频域介电谱测试仪接地；频域介电谱测试仪参数设置为：电压幅值200V，频率范围1mHz～1kHz；
步骤2.2、完成接线后，采用频域介电谱测试仪对油纸电容式套管进行一次以上FDS测试，若相邻两次测试结果保持一致，则作为最终频域介电谱测试结果；
步骤2.3、建立模型的等效复阻抗Z*的计算公式
Figure BDA0001400476540000041
式中，Z′(ω)、Z″(ω)分别为复阻抗的实部及虚部，单位为Ω；Ri、Ci、RDi、CDi为串联极化模型参数，Ri为各单元电容介质的等效电阻单位为GΩ，Ci为各单元电容介质的几何电容单位为nF；RDi为表征各单元电容介质松弛极化现象的等效电阻参数单位为GΩ，CDi为表征各单元电容介质松弛极化现象的电容参数单位为nF；ω为测试角频率单位为rad/s；
步骤2.4、建立模型复电容与复阻抗的换算公式：
Figure BDA0001400476540000042
Figure BDA0001400476540000043
式中，C′、C″分别表征复电容实部和虚部单位为F；
步骤2.5、建立模型参数优化函数
Figure BDA0001400476540000044
式中，C′测量(ω)和C″测量(ω)分别为通过步骤2.1及步骤2.2实测得到的油纸电容式套管频域介电谱复电容实部和虚部数据单位为F；C′拟合(ω)和C″拟合(ω)分别为通过套管串联极化模型参数推导出的复电容实部和虚部数据单位为F；
步骤2.6、通过模型参数优化函数，计算出油纸电容式套管串联极化模型参数的最终解，从而完成模型参数辨识。
步骤2.6所述的计算方法为采用遗传算法对模型参数优化函数进行迭代计算，在满足精度要求下，当模型参数优化函数趋近于0时，Ri、Ci、RDi、CDi即为油纸电容式套管串联极化模型参数的最终解。本发明的有益效果：
本发明搭建基于频域介电谱(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)的油纸电容式套管串联极化模型，充分发挥了频域介电谱携带介质绝缘信息丰富且抗干扰能力强的独特优势，将套管的频域介电响应特性与套管绝缘结构有机结合起来，完善了等效模型对油纸介质极化、电导等微观行为解释不足的问题，更好地反映套管油纸绝缘介质内部的复杂微观介电行为及频域响应特性，并能与套管绝缘状态建立本质联系，为进一步油纸电容式套管绝缘状态诊断奠定基础，针对目前油纸绝缘等效模型包括Maxwell模型、Cole-Cole模型和扩展德拜模型未充分考虑具体实际的油纸电容式套管绝缘结构，并对油纸绝缘介质各种极化响应特性解释不足的问题，提出更加贴合真实油纸电容式套管绝缘结构的串联极化模型，其能对油纸介质的介电响应机理作出更合理的解释，实现对套管绝缘介质的准确等效。
本发明的串联极化模型能解决目前的相关模型不能有效针对油纸电容式套管进行等效，该模型更贴近实际套管结构。
本发明搭建了更加贴合实际油纸电容式套管绝缘结构的等效电路，进而为油纸电容式套管绝缘状态诊断奠定基础，并为介电响应技术在本领域的工程实际应用提供理论依据，具有很好的工程实用价值。
解决了现有技术针对油纸电容式套管油建模大多基于时域介电响应—RVM和PDC曲线进行等效模型参数辨识，而时域介电谱图易受环境噪声干扰导致模型参数估计不够准确的问题，提出通过频域介电谱FDS曲线建立油纸电容式套管绝缘等效模型，能有效解决时域谱图抗干扰能力不足的问题。
附图说明：
图1为本发明具体实施方式油纸电容式套管串联极化电路模型结构示意图；
图2为本发明具体实施方式频域介电谱测量接线原理图；
图3为本发明具体实施方式油纸电容式套管的FDS测试谱图及基于该套管串联极化模型参数辨识结果的重构FDS曲线示意图。
具体实施方式：
本实施例中油纸电容式套管串联极化模型如图1所示，考虑到实际的油纸电容式套管主绝缘为一圆柱形电容芯，其通过电容分压原理由电缆纸和多层铝箔极板卷制而成，即由多个等电容串联而成，其中每层电容介质可分别由一个电容Cn和一个电阻Rn并联来等效，因而采用多个并联的RC支路串联来反映套管主绝缘真实的物理结构，并能准确模拟油纸介质内部复杂的界面极化过程；此外，由于一个电容和一个电阻串联的支路能有效模拟每层电容介质的松弛极化现象，因而在前述模型基础上再并联RC串联支路RDn和CDn来等效每层电介质的松弛极化过程，从而建立如图1所示的油纸电容式套管串联极化电路模型。考虑到真实的油纸电容式套管绝缘层数较多，为方便研究，可根据套管绝缘层数量将套管绝缘层n均分为3～4个单元，靠近套管导杆的绝缘层为一单元，靠近套管末屏的绝缘层为一单元，中间分布的绝缘层可分为一至两个单元，即油纸电容式套管串联模型的并联重复单元数n可取值为3～4。
油纸电容式套管串联极化模型的参数辨识，主要包括以下步骤：
油纸电容式套管及频域介电谱测试仪准备：频域介电谱测试仪的黄色高压引线接套管的导电杆，红色测量引线接末屏，套管法兰和油箱同时接地，频域介电谱测试仪要可靠接地。频域介电谱测试仪参数设置为：电压幅值200V，频率范围1mHz～1kHz。
频域介电谱测试：完成试验接线后，采用频域介电谱测试仪对油纸电容式套管进行多次FDS测试，若相邻两次测试结果保持一致，则将其作为最终频域介电谱测试结果，该测试数据作为油纸电容式套管串联极化模型参数辨识的参考数据。
根据图1套管串联极化电路模型，可推导出模型等效复阻抗Z*如下所示：
Figure BDA0001400476540000081
式中，Z′(ω)、Z″(ω)分别为复阻抗实部及虚部，单位：Ω；Ri、Ci、RDi、CDi为串联极化模型参数，Ri为各单元电容介质的等效电阻，单位：GΩ，Ci为各单元电容介质的几何电容，单位：nF；RDi为表征各单元电容介质松弛极化现象的等效电阻参数，单位：GΩ，CDi为表征各单元电容介质松弛极化现象的电容参数，单位：nF；ω为测试角频率，单位：rad/s。
串联极化模型复电容与复阻抗的换算公式为：
Figure BDA0001400476540000082
Figure BDA0001400476540000083
式中，C′、C″分别表征复电容实部和虚部，单位：F。
模型参数优化函数如下所示：
Figure BDA0001400476540000084
式中，C′测量(ω)和C″测量(ω)分别为通过步骤2.1及步骤2.2实测得到的油纸电容式套管频域介电谱复电容实部和虚部数据，单位：F；C′拟合(ω)和C″拟合(ω)分别为通过套管串联极化模型参数推导出的复电容实部和虚部数据，单位：F，其可根据套管串联极化模型复阻抗换算得到，m为频域介电谱实测频率点个数。模型并联重复单元数n可根据套管油纸绝缘介质具体情况选定，一般可取为3～4个；本实施例选n为3，采用遗传算法对上述模型参数优化函数进行迭代计算，在满足一定精度要求下，当模型参数优化函数趋近于0时，Ri、Ci、RDi、CDi即为油纸电容式套管串联极化模型参数的最终解，从而完成模型参数估计，本实施的参数辨识结果见表1。
表1
Figure BDA0001400476540000091

Claims (2)

1.一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法，它包括：
步骤1、通过一个电容和一个电阻并联来等效油纸电容式套管的每层电容介质；
步骤2、在步骤1的基础上再并联一个RC串联支路来等效每层电介质的松弛极化过程，从而得到油纸电容式套管每层的极化电路模型；
步骤3、将步骤2得到的油纸电容式套管每层的极化电路模型n个并联在一起，得到油纸电容式套管串联极化模型；n为油纸电容式套管的绝缘层数量；
它还包括：油纸电容式套管串联极化模型的参数辨识方法：
步骤2.1、对油纸电容式套管开展频域介电谱测试，将频域介电谱测试仪的黄色高压引线接套管的导电杆，红色测量引线接末屏，套管法兰和油箱同时接地，频域介电谱测试仪接地；频域介电谱测试仪参数设置为：电压幅值200V，频率范围1mHz～1kHz；
步骤2.2、完成接线后，采用频域介电谱测试仪对油纸电容式套管进行一次以上FDS测试，若相邻两次测试结果保持一致，则作为最终频域介电谱测试结果；
步骤2.3、建立模型的等效复阻抗Z*的计算公式
Figure FDA0002716679670000021
式中，Z′(ω)、Z″(ω)分别为复阻抗的实部及虚部，单位为Ω；Ri、Ci、RDi、CDi为串联极化模型参数，Ri为各单元电容介质的等效电阻单位为GΩ，Ci为各单元电容介质的几何电容单位为nF；RDi为表征各单元电容介质松弛极化现象的等效电阻参数单位为GΩ，CDi为表征各单元电容介质松弛极化现象的电容参数单位为nF；ω为测试角频率单位为rad/s；
步骤2.4、建立模型复电容与复阻抗的换算公式：
Figure FDA0002716679670000022
Figure FDA0002716679670000023
式中，C′、C″分别表征复电容实部和虚部单位为F；
步骤2.5、建立模型参数优化函数
Figure FDA0002716679670000024
式中，C′测量(ω)和C″测量(ω)分别为通过步骤2.1及步骤2.2实测得到的油纸电容式套管频域介电谱复电容实部和虚部数据，单位为F；C′拟合(ω)和C″拟合(ω)分别为通过套管串联极化模型参数推导出的复电容实部和虚部数据，单位为F；
步骤2.6、通过模型参数优化函数，计算出油纸电容式套管串联极化模型参数的最终解，从而完成模型参数辨识。
2.根据权利要求1所述的一种基于FDS的油纸电容式套管串联极化模型建模方法，其特征在于：步骤2.6的计算方法为采用遗传算法对模型参数优化函数进行迭代计算，在满足精度要求下，当模型参数优化函数趋近于0时，Ri、Ci、RDi、CDi即为油纸电容式套管串联极化模型参数的最终解。
CN201710796694.8A 2017-09-06 2017-09-06 一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法 Active CN107609251B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710796694.8A CN107609251B (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710796694.8A CN107609251B (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107609251A CN107609251A (zh) 2018-01-19
CN107609251B true CN107609251B (zh) 2021-01-26

Family

ID=61061942

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710796694.8A Active CN107609251B (zh) 2017-09-06 2017-09-06 一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107609251B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107462614B (zh) * 2017-09-06 2019-10-29 贵州电网有限责任公司 一种基于极化损耗和电导损耗的油纸绝缘含水量评估方法
CN109061407A (zh) * 2018-06-28 2018-12-21 云南电网有限责任公司保山供电局 基于FDS的ZnO阀片等效电路模型的参数估计方法
CN109142865B (zh) * 2018-07-27 2020-11-03 福州大学 考虑油纸绝缘界面极化等效电路参数的频域谱辨识方法
CN108627747A (zh) * 2018-08-23 2018-10-09 武汉脉源电气有限公司 一种基于pdc法的xlpe电缆绝缘水树老化的诊断模型及其诊断方法
CN109917254B (zh) * 2019-04-27 2020-04-03 西南交通大学 一种油浸式套管内绝缘受潮的频域介电谱建模方法
CN111983403B (zh) * 2020-08-21 2023-03-14 西南大学 采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法
CN113447537B (zh) * 2021-06-25 2023-05-05 海南电网有限责任公司电力科学研究院 油纸绝缘频域介电谱测量方法、装置、存储介质和终端
CN114280431B (zh) * 2021-11-23 2023-09-22 国网福建省电力有限公司莆田供电公司 一种基于混合极化电路模型的油纸绝缘水分含量评估方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6252388B1 (en) * 1998-12-04 2001-06-26 Nxtphase Corporation Method and apparatus for measuring voltage using electric field sensors
CN103698668A (zh) * 2013-12-09 2014-04-02 济源市科灵电器有限责任公司 基于Havriliak-Negami模型的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法
CN103823162A (zh) * 2013-12-09 2014-05-28 济源市科灵电器有限责任公司 基于频域Cole-Davidson模型的电力变压器绝缘老化状态评估方法
CN104764985A (zh) * 2015-04-16 2015-07-08 三峡大学 一种基于参数辨识估计油纸绝缘***低频介损方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6380747B1 (en) * 1998-05-12 2002-04-30 Jentek Sensors, Inc. Methods for processing, optimization, calibration and display of measured dielectrometry signals using property estimation grids

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6252388B1 (en) * 1998-12-04 2001-06-26 Nxtphase Corporation Method and apparatus for measuring voltage using electric field sensors
CN103698668A (zh) * 2013-12-09 2014-04-02 济源市科灵电器有限责任公司 基于Havriliak-Negami模型的油纸绝缘电力设备绝缘老化状态评估方法
CN103823162A (zh) * 2013-12-09 2014-05-28 济源市科灵电器有限责任公司 基于频域Cole-Davidson模型的电力变压器绝缘老化状态评估方法
CN104764985A (zh) * 2015-04-16 2015-07-08 三峡大学 一种基于参数辨识估计油纸绝缘***低频介损方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FDS的油纸绝缘设备模型参数辨识及状态关联研究;吴雄;《中国优秀硕士学位论文全文数据库（电子期刊）》;20170315(第03期);正文第14、15、25、26、30页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN107609251A (zh) 2018-01-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107609251B (zh) 一种基于fds的油纸电容式套管串联极化模型建模方法
Musolino et al. New full-frequency-range supercapacitor model with easy identification procedure
CN107679327A (zh) 基于fds的油纸绝缘扩展德拜模型参数辨识方法
CN108387824B (zh) 一种改进回复电压测量方式的油纸绝缘状态评估方法
CN107462614A (zh) 一种基于极化损耗和电导损耗的油纸绝缘含水量评估方法
CN111983403B (zh) 采用逆向有限元技术的复合绝缘结构介电特性分析方法
CN112051310B (zh) 一种油纸绝缘套管中x蜡检测及含量评估方法
CN105866644A (zh) 一种自动采集变压器油纸绝缘回复电压***及测试方法
CN111896849B (zh) 一种考虑非均匀介质的油纸绝缘性能分析方法及装置
CN113589166A (zh) 一种基于数据驱动的变频电机端部绝缘状态在线监测方法
CN109061407A (zh) 基于FDS的ZnO阀片等效电路模型的参数估计方法
CN106443549A (zh) 一种用于校准电池内阻测试仪的模拟交流电阻装置
Sharma et al. Development of reference SFRA plot of transformer at design stage using high frequency modelling
CN215728764U (zh) 一种变电设备绝缘在线监测装置集成校验***
CN109917254B (zh) 一种油浸式套管内绝缘受潮的频域介电谱建模方法
Jiangtian et al. Application Research of Frequency Domain Dielectric Response Measuring Technology in Damp Evaluation of Oil-Paper Insulated Capacitive Equipment
Bang et al. Modeling and simulation of HTS cables for scattering parameter analysis
CN112257227A (zh) 基于介电模量指纹数据库套管绝缘状态的评估方法
Van Jaarsveldt et al. Condition monitoring of medium voltage electrical cables by means of partial discharge measurements
CN112698115B (zh) 一种多层复合介质暂态过程中的电场分布确定方法及***
CN212514836U (zh) 一种基于状态响应的变电站接地网故障诊断测试***
Yicheng et al. Analysis of the time-domain and frequency-domain models of supercapacitors
CN113985215B (zh) 一种电网高次谐波电压检测方法
Nielsen Reconstruction of the transformer response from on-line FRA measurements performed via bushing taps
Zhiguo et al. Look-Up Table Method of PD Location for UHV Reactor by HF Current Detection

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant