CN108535612B - Sf6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法及其检测方法、装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法及其检测方法、装置，该方法包括：获取预设温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据；根据所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数组；建立所述不同老化程度的SF6绝缘套管在所述预设温度下与所述拟合参数组的对应关系，得到SF6绝缘套管绝缘检测数据库；其中，所述预设温度在预设温度范围内均匀分布，所述不同老化程度的SF6绝缘套管包括：绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管。本发明构建的检测数据库存有不同老化程度SF6绝缘套管的拟合参数组，能够有利于进一步运用该数据库，对SF6绝缘套管进行绝缘检测。
Description
技术领域
本发明涉及电气绝缘检测技术领域，特别涉及SF6绝缘套管绝缘检测数据 库构建方法及其检测方法、装置。
背景技术
SF6气体绝缘电容式套管芯体材料一般采用环氧浸渍纸复合绝缘。现有文 献对油浸纸材料的介电性能研究较多，其结论可用于油浸纸套管、变压器等 电力设备的状态监测。目前随着我国特高压直流输电线路的建设，大量SF6气 体绝缘环氧芯体电容式套管用于换流阀厅，因此对其性能进行实时评估具有 实用意义。
因此如何提供一种绝缘检测方案，对SF6绝缘套管进行绝缘检测，是本领 域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建 方法及其应用的检测方法、装置，能够对SF6绝缘套管进行绝缘检测。其具体 方案如下：
第一方面，本发明提供一种SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，包括：
获取预设温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频 谱数据；
根据所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数 组；
建立所述不同老化程度的SF6绝缘套管在所述预设温度下与所述拟合参 数组的对应关系，得到SF6绝缘套管绝缘检测数据库；
其中，所述预设温度在预设温度范围内均匀分布，所述不同老化程度的SF6绝缘套管包括：绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管。
优选地，在步骤获取预设温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝 缘套管的介电频谱数据之前，还包括：
获取不同老化程度的SF6绝缘套管。
优选地，所述步骤获取不同老化程度的SF6绝缘套管，包括：
在第二预设温度下，老化绝缘套管预设时间，得到不同老化程度的绝缘 套管；
其中，所述预设时间在预设时间范围内均匀分布。
优选地，所述预设时间范围为0～300小时。
优选地，所述预设频率范围为10-3～103Hz。
优选地，所述预设温度范围为40～90℃。
优选地，所述根据所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应 的拟合参数组，包括：
根据所述介电频谱数据，绘制Cole-Cole图；
根据所述Cole-Cole图将所述介电频谱数据分为第一区域数据，第二区域 数据，第三区域数据；所述第一区域数据包括：电导极化分量；所述第二区 域数据包括：电导极化分量、α极化分量；所述第三区域数据包括：电导极化 分量、α极化分量和β极化分量；
根据所述第一区域数据，求出HN模型公式中关于电导极化的拟合参数；
根据所述电导极化的拟合参数，计算得到所述第二区域数据对应的电导 极化分量，及所述第三区域数据对应的电导极化分量。
将所述第二区域数据减去所述第二区域数据对应的电导极化分量，得到 所述第二区域数据的α极化分量，对所述第二区域数据的α极化对应 Cole-Cole图上局部圆弧上的数据点，求出HN模型公式中关于α极化的拟合 参数；
根据所述α极化的拟合参数，计算得到所述第三区域数据对应的α极化分 量；
将所述第三区域数据减去所述第三区域数据对应的α极化分量、所述第三 区域数据对应的电导极化分量，得到所述第三区域数据的β极化分量，求出 HN模型公式中关于β极化的拟合参数。
第二方面，本发明提供一种SF6绝缘套管绝缘检测方法，应用于上述任一 种构建方法构建的SF6绝缘套管绝缘检测数据库，包括：
获取待检测SF6绝缘套管的实时温度，及对应的实时介电频谱数据；
根据所述实时介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的实时拟 合参数组。
获取所述检测数据库中，当所述预设温度与所述实时温度相当时，绝缘 废弃临界点的SF6绝缘套管的临界拟合参数组；
判断所述实时介电频谱数据与所述临界拟合参数组的大小关系；
根据所述大小关系，判断所述待检测SF6绝缘套管的绝缘状态。
优选地，所述预设温度与所述实时温度相当，包括：
所述预设温度与所述实时温度相等，
或
所述预设温度与所述实时温度最接近。
第三方面，本发明还提供一种SF6绝缘套管绝缘检测装置，应用于上述任 一种构建方法构建的SF6绝缘套管绝缘检测数据库，包括：
频谱数据获取单元，用于获取待检测SF6绝缘套管的实时温度，及对应的 实时介电频谱数据；
实时参数分析单元，用于根据所述实时介电频谱数据，分析得到符合HN 模型公式的对应的实时拟合参数组。
临界参数获取单元，用于获取所述检测数据库中，当所述预设温度与所 述实时温度相当时，绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管的临界拟合参数组；
大小关系判断单元，用于判断所述实时介电频谱数据与所述临界拟合参 数组的大小关系；
绝缘状态判断单元，用于根据所述大小关系，判断所述待检测SF6绝缘套 管的绝缘状态。
本发明提供一种SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，包括：获取预设 温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据；根据 所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数组；建立所 述不同老化程度的SF6绝缘套管在所述预设温度下与所述拟合参数组的对应 关系，得到SF6绝缘套管绝缘检测数据库；其中，所述预设温度在预设温度范 围内均匀分布，所述不同老化程度的SF6绝缘套管包括：绝缘废弃临界点的SF6 绝缘套管。本发明构建的检测数据库存有不同老化程度SF6绝缘套管的拟合参 数组，能够有利于进一步运用该数据库，对SF6绝缘套管进行绝缘检测。
本发明提供的SF6绝缘套管绝缘检测方法、装置，运用于上述的检测数据 库，也具有上述的有益效果，在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实 施例或现有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发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种具体实施方式提供的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建 方法的流程图；
图2为本发明一种具体实施方式提供的分析符合HN模型公式的对应的拟 合参数组的流程图；
图3为本发明实施例提供一种设定参数条件下某材料介电频谱图；
图4为本发明一种具体实施方式提供的介电谱非线性拟合方法流程图；
图5为本发明又一种具体实施方式所提供的一种SF6绝缘套管绝缘检测方 法的流程图；
图6为本发明又一种具体实施方式所提供的SF6绝缘套管绝缘检测装置的 组成示意图；
图7为本发明一种具体实施方式提供的介电常数实部不同温度的变化示 意图；
图8为本发明一种具体实施方式提供的介电常数虚部不同温度的变化示 意图；
图9为本发明一种具体实施方式提供的介质损耗角正切不同温度的变化 示意图；
图10为本发明一种具体实施方式提供的介电常数实部的拟合结果图；
图11为本发明一种具体实施方式提供的介电常数虚部的拟合结果图；
图12(a)为本发明一种具体实施方式提供的一种HN模型拟合结果图；
图12(b)为本发明一种具体实施方式提供的又一种HN模型拟合结果图；
图13为本发明一种具体实施方式提供的直流电导率与温度倒数的关系 图；
图14为本发明一种具体实施方式提供的老化0，50，150，200h的试样在 60℃下的介电常数实部的频谱图；
图15为本发明一种具体实施方式提供的老化0，50，150，200h的试样在 60℃下的介电常数虚部的频谱图；
图16为本发明一种具体实施方式提供的老化50h和150h的电导率与温度 的关系图。
具体实施方式
一般地，对于套管较常用的无损监测方法一般为介电频谱测量，而该方 法的基础为对套管芯子用环氧浸渍纸复合绝缘介电性能的准确测量，并对其 进行合理后处理提取用于表征材料性能的特征参数。基于此，本发明在频率 和温度范围内，使用IDAX300绝缘诊断数据库测量芯子材料频谱和温谱特性， 提出通过Havriliak-Negami(HN)方程函数，结合非线性数值计算，对实测数据 进行曲线拟合，获取介电频谱数学模型特征参数值。为获得较好频谱拟合效 果，低温区域考虑单一松弛极化过程，中温区域需考虑多松弛极化过程，高 温区域则需引入直流电导项进行表征；应用遗传算法首先获取拟合参数近似 值，而后通过最小二乘法进行曲线拟合参数的较精确求解，该方法可保证拟 合参数值的唯一性和准确性。该发明在实验室环境下研究了套管芯子材料介 电频谱拟合方法并获取各特征参数值，为深入了解SF6气体绝缘电容式套管芯 体介电性能提供了一种有效方法，并可指导干式套管在实际运行中的状态监 测和性能评估。
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。
请参考图1，图1为本发明一种具体实施方式提供的SF6绝缘套管绝缘检测 数据库构建方法的流程图，该方法包括：
S11：获取预设温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的 介电频谱数据；
S12：根据所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合 参数组；
S13：建立所述不同老化程度的SF6绝缘套管在所述预设温度下与所述拟 合参数组的对应关系，得到SF6绝缘套管绝缘检测数据库；
其中，所述预设温度在预设温度范围内均匀分布，所述不同老化程度的 SF6绝缘套管包括：绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管。
本发明实施例在具体实施时，为了获取预设温度下，预设频率范围内不同 老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据。可以具体地，采用一下方式：
本发明实施例能够实现在不同温度下能对SF6气体绝缘环氧树脂浸渍干 式套管进行介电谱的测量，既能得到试验对象的频谱，也能得到其温谱，以 交流环氧树脂浸渍干式套管为例进行说明。试验过程中典型热像仪可以为 Mikron公司生产的M7861E DV式热像仪，频域介电谱测量中使用的是瑞典 Megger公司生产的IDAX300绝缘诊断数据库。数据库完全由计算机控制，大 多数测量均自动进行，其电压的峰值可达200V(即140V RMS)。通过添加 外部高压设备(另行规定)，可提高该电压值。IDAX-300采用三电极体系， 无需防护即可对接地和不接地的物体进行测量。可测量的频率范围为 10-4～103Hz，时间基准精度为100ppm。试验套管内绝缘状态评估试验平台搭 建及评估步骤如下所示：
1)交流环氧树脂浸渍干式套管电容芯体用酒精擦干，以免有杂质影响实 验结果。随后将其放入烘箱，将带有绝缘皮的粗导线与套管的末屏相焊接， 保证焊点稳固；将较长的导线紧密缠一圈在套管的中心导体上，外部套上均 压环，将导线从烘箱与外部的接口处穿出。将温度调节至80℃，烘干48h， 除去其中的潮气与水分，保证套管干燥。
2)48小时后，在实验室内搭建介电响应试验平台。将IDAX300以及外 加电源VAX(可升压至2kV)试验箱以及配套接线搬运至实验室。将VAX 与IDAX300相连，将IDAX300与电脑相连接，并且连好接地线，此时应保 证未连接任何外加电源，以免带电操作引发安全事故。
3)将测量设备的测试线，高压线通过烘箱与外界的接口分别与套管的末 屏接线以及输出接线相连接，将烘箱温度设定值调至40℃，关上烘箱门，待 其温度稳定。
4)约4小时后，打开烘箱门，用热像仪对套管表面进行快速拍照，关闭 烘箱门。若套管表明温度达到40℃时，且套管表面热量分布均匀，则证明已 达到热平衡，可以开始进行介电谱的测试试验。当然，也可以采用其他的方 式检测该绝缘套管是否达到热平衡。
5)检查接线无误的情况下，将IDAX300以及VAX的电源连接好。
6)打开电脑以及测试软件IDAX5.0，测量范围选择10-3～103Hz，测量模 式选择CHL(UST-R)，设置中的测试导线选择single red/blue 18m/60ft，则电脑 会将测试导线部分所导致的误差自动抵消，以提高测试的准确度，并启动设 备。也就是说将所述预设频率范围为10-3～103Hz。
7)实验结束后，升温5℃，重复步骤(4)，直至温度升高至90℃，也 就是说所述预设温度范围为40～90℃停止实验，得到预设温度下，预设频率 范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据。
进一步地为了得到不同老化程度的绝缘套管，可以在步骤获取预设温度 下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据之前，还包 括：
获取不同老化程度的SF6绝缘套管。获取不同老化程度的绝缘套管，可以 采用在废弃和在使用中的不同年限的绝缘套管中选取，也可以将完好的合格 的绝缘套管进行不同时间的老化，进而得到不同老化程度的绝缘套管，也就 是说在第二预设温度下例如，老化绝缘套管预设时间，得到不同老化程度的 绝缘套管。其中，所述预设时间在预设时间范围内均匀分布。例如在实际操 作时，可以选择将所述预设时间范围设置为0～300小时，当然也可以是更长的 时间，例如可以在300小时内，选择每10个小时做一个老化的绝缘套管，并且 做好标记。
请参考图2，图2为本发明一种具体实施方式提供的分析符合HN模型公式 的对应的拟合参数组的流程图。
在上述具体实施方式的基础上，本发明具体实施例为了根据所述介电频 谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数组，可以采用下列方法：
S121：根据所述介电频谱数据，绘制Cole-Cole图；
S122：根据所述Cole-Cole图将所述介电频谱数据分为第一区域数据，第 二区域数据，第三区域数据；所述第一区域数据包括：电导极化分量；所述 第二区域数据包括：电导极化分量、α极化分量；所述第三区域数据包括：电 导极化分量、α极化分量和β极化分量；
S123：根据所述第一区域数据，求出HN模型公式中关于电导极化的拟 合参数；
S124：根据所述电导极化的拟合参数，计算得到所述第二区域数据对应 的电导极化分量，及所述第三区域数据对应的电导极化分量。
S125：将所述第二区域数据减去所述第二区域数据对应的电导极化分量， 得到所述第二区域数据的α极化分量，对所述第二区域数据的α极化对应 Cole-Cole图上局部圆弧上的数据点，求出HN模型公式中关于α极化的拟合 参数；
S126：根据所述α极化的拟合参数，计算得到所述第三区域数据对应的α 极化分量；
S127：将所述第三区域数据减去所述第三区域数据对应的α极化分量、 所述第三区域数据对应的电导极化分量，得到所述第三区域数据的β极化分 量，求出HN模型公式中关于β极化的拟合参数。
具体地，在具体使用拟合方法具有一定难度，因为拟合参数多，且频率 跨度大。本发明提出的方法具有一定的普适性，采用先分再合、循环迭代的 思路进行拟合。拟合程序在MATLAB平台内实现，需使用遗传算法工具箱和 最小二乘工具箱。有文献提出了进行初始值估算的解析式计算公式，但较为 繁琐，且不便于编程实现。本发明采用遗传算法获取拟合参数初值，然后用 最小二乘法进行精确求解。该方法便于编程计算，且具有一定的普适性。现 通过实例对发明中提出的方法进行详细说明。现假设某材料的介电频谱同时 存在α极化、β极化和电导极化三个极化过程，因此需拟合的参数共有11个。 可通过下式表示：
现假设以上拟合参数分别为：
Δε1＝5.9915
β1＝0.9606 γ1＝0.6971 Δε2＝2.0643
β2＝0.6459 γ2＝0.7697 σ0＝4.0968e-12 s＝0.9404 ε∞＝2.7437
用以上已知参数值得到10-2～1010Hz频率范围内的介电频谱如图3所示。
请参考图3，图3为本发明实施例提供一种设定参数条件下某材料介电频 谱图。
可以看出电导极化、α极化和β极化从低频到高频依次出现。且介电常数 虚部的值依次呈指数下降，因此本发明提出先对全频域数据进行分拆，即拆 分为电导极化、α极化和β极化三部分数据。首先拟合电导极化数据，而后用 全频域数据减去电导极化分量，提取α极化对应Cole-Cole图上局部圆弧上的 数据点进行拟合，拟合结束后用全频域数据减去电导极化分量和α极化分量， 此时剩余数据即为β极化分量，最后对β极化分量进行数据拟合。
请参考图4，图4为本发明一种具体实施方式提供的介电谱非线性拟合方 法流程图，该方法包括：
1)该流程首先设定测试温度T，频率范围[f1，f2]，试验测量SF6气体绝 缘环氧芯体电容式套管介电频谱数据，其中测量的频率点总数为m。
2)通过测量获取的介电常数实部和虚部，绘制Cole-Cole曲线，将数据 点分为电导极化、α极化和β极化三个子区间。电导极化子区间数据点为： 
α极化子区间数据点为：
β极化子区间数 据点为
其中，在频率大于f11小于f21的频率范围内，只存 在电导极化；在频率大于f12小于f22的频率范围内，既存在电导极化，又存 在α极化；在频率大于f13小于f23的频率范围内，既存在电导极化，又存在 α极化、β极化。在实际应用中，这些频率区间，是根据Cole-Cole曲线来化 分的。
3)用公式ε″1＝σ0/(2πfε0)对介电常数虚部数据点进行拟合，通过公式得到 [f12，f22]和[f13，f23]频率区间内的介电常数虚部：
4)用公式
修正α极化子区间内介电常数虚部值，用HN 模型进行拟合，得到[f13，f23]频率区间内的介电常数虚部：
5)用公式
修正β极化子区间内介电常数虚部 值，用HN模型进行拟合，得到[f11，f21]和[f12，f22]频率区间介电常数虚部：
拟合程序在MATLAB平台内实现，通过使用遗传算法工 具箱和最小二乘工具箱实现11个参数的非线性拟合。
请参考图5，图5为本发明又一种具体实施方式所提供的一种SF6绝缘套管 绝缘检测方法的流程图。
在本发明的又一种具体实施方式中，本发明实施例提供一种SF6绝缘套管 绝缘检测方法，应用于上述任一种具体实施例中的构建方法构建的SF6绝缘套 管绝缘检测数据库，包括：
S51：获取待检测SF6绝缘套管的实时温度，及对应的实时介电频谱数据；
S52：根据所述实时介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的 实时拟合参数组。
S53：获取所述检测数据库中，当所述预设温度与所述实时温度相当时， 绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管的临界拟合参数组；
S54：判断所述实时介电频谱数据与所述临界拟合参数组的大小关系；
S55：根据所述大小关系，判断所述待检测SF6绝缘套管的绝缘状态。
进一步地，需要说明的是：所述预设温度与所述实时温度相当，包括：
所述预设温度与所述实时温度相等，或所述预设温度与所述实时温度最 接近两种情况，因为在实际中，可能实际测得的实时温度为16摄氏度，然而 在检测数据库中却只有15摄氏度、20摄氏度的参数值，这时就可以将与实时 温度最接近的设定温度对应的拟合参数组拿出来作为对照组。而该设定温度 下，又存在不同老化程度的绝缘套管的拟合参数组，通过比对拟合参数组， 即可确定待检测SF6绝缘套管的老化程度。
特别需要指出的是，在构建检测数据库时，如果采用的是设定不同老化 时间来得到不同老化程度的绝缘套管，还可以在本实施例方法中，知晓待检 测SF6绝缘套管相当于进行了多长时间老化的绝缘套管，也就是知晓了该待检 测SF6绝缘套管的老化程度。
请参考图6，图6为本发明又一种具体实施方式所提供的SF6绝缘套管绝缘 检测装置的组成示意图。
在本发明的又一种具体实施方式中，本发明实施例还提供一种SF6绝缘套 管绝缘检测装置600，应用于上述任一种构建方法构建的SF6绝缘套管绝缘检 测数据库，包括：
频谱数据获取单元61，用于获取待检测SF6绝缘套管的实时温度，及对应 的实时介电频谱数据；
实时参数分析单元62，用于根据所述实时介电频谱数据，分析得到符合 HN模型公式的对应的实时拟合参数组。
临界参数获取单元63，用于获获取所述检测数据库中，当所述预设温度 与所述实时温度相当时，绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管的临界拟合参数组；
大小关系判断单元64，用于判断所述实时介电频谱数据与所述临界拟合 参数组的大小关系；
绝缘状态判断单元65，用于根据所述大小关系，判断所述待检测SF6绝缘 套管的绝缘状态。
本发明提供一种SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，包括：获取预设 温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据；根据 所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数组；建立所 述不同老化程度的SF6绝缘套管在所述预设温度下与所述拟合参数组的对应 关系，得到SF6绝缘套管绝缘检测数据库；其中，所述预设温度在预设温度范 围内均匀分布，所述不同老化程度的SF6绝缘套管包括：绝缘废弃临界点的SF6 绝缘套管。本发明构建的检测数据库存有不同老化程度SF6绝缘套管的拟合参 数组，能够有利于进一步运用该数据库，对SF6绝缘套管进行绝缘检测。
本发明提供的SF6绝缘套管绝缘检测方法、装置，运用于上述的检测数据 库，也具有上述的有益效果，在此不再赘述。
下面对上述具体实施方式中的内在原理进行解释说明。在10-3～103Hz频率 和40～90℃温度范围内，用IDAX300测量了SF6气体绝缘环氧树脂浸渍干式 套管的频谱和温谱曲线。根据介电谱数据做出介电常数实部ε',虚部ε”以及 tanδ关于频率f的二维关系，如图所示图7、图8、图9所示。
请参考图7、、图8、图9，图7为本发明一种具体实施方式提供的介电常 数实部不同温度的变化示意图；图8为本发明一种具体实施方式提供的介电 常数虚部不同温度的变化示意图；图9为本发明一种具体实施方式提供的介 质损耗角正切不同温度的变化示意图。
由7可得，在低频区10-3～10-2Hz的范围内，介电常数实部ε'较大，且随着 温度的升高，ε'也有升高的趋势；随着频率不断上升，ε'下降，下降部分可分 为两个阶段：在10-3～10-2Hz内迅速下降，在10-2～100Hz缓慢下降，两部分下降 的速度明显不同。而到达高频区101～103Hz的范围内时，介电常数几乎不变， 且趋于稳定值。
出现这种曲线的原因可解释为：在电场频率较低时，各种极化的时间常数 均小于外加电场的变化速率，所以极化均来得及建立，ε'较大；而随着频率上 升，各种极化的时间常数慢慢与电场变化速率相比拟，这是在松弛极化建立 过程中，ε'显著减小；在高频区时，松弛极化跟不上电场的变化速率，松弛极 化来不及建立，介质的极化全由位移极化所贡献，所以趋于稳定值ε∞。
由于介电常数虚部ε”与介质损耗角正切在物理意义上均代表着介质的损 耗，所以仅对介质损耗角正切进行分析。由9可观察到，由高频区10-3～10-1Hz 内，tanδ呈上升趋势，但到达至100Hz时，呈现一个平台区，紧接着随着频率 继续降低，在10-1～10-2Hz的频率范围内，介质损耗角正切tanδ继续上升，到 达10-2Hz处又出现了平台区，之后又随着频率的下降而上升。之所以会有上升 —平台区—上升—平台区的出现，分析其原因应该为出现了不只一个的损耗 峰，损耗峰的叠加便会呈现出由平台区的出现。在10-1～10-2Hz范围内，介电 常数实部ε'有一个台阶式的下降，对应于tanδ关于f的图中又出现了一个极化 峰值，这是由于出现了一个松弛极化过程逐渐跟不上电场的变化，所以ε'才有 一个台阶式的降低；而在10-1～100Hz范围内，ε'又有一个台阶式的降低，对应 于tanδ关于f的图中又出现了一个极化峰值，原因同上；在电场频率范围为 100～103Hz时，ε'变化不大，对应于tanδ关于f的图中，tanδ的值也只是单调 降低，这是由于在随着频率上升，各种极化的时间常数慢慢跟不上电场变化 速率，来不及定向，所以并不造成损耗。
使用Cole-Cole方程进行拟合,柯尔-柯尔方程适用于损耗峰较宽的情况：
一般一个柯尔-柯尔方程只适用于拟合一个极化峰，而由介质损耗角正切 与频率f的图像可以看出，至少存在两个极化峰，所以暂且先用柯尔-柯尔方 程拟合中频部分的极化峰。由式(2)可知，存在着四个未知参数，即 ε∞，Δε，τCC，以及β待拟合。本发明使用Matlab软件中工具箱中的Genetic Algorithm(遗传算法)的优化工具对数据进行拟合。其中拟合方程选择的是 lsqcurvefit，即非线性曲线拟合，已知输入向量xdata和输出向量ydata，并且 知道输入与输出的函数关系为ydata＝F(x,xdata)，但不知道系数向量x。进行曲 线拟合后，求x使得输出的如下最小二乘表达式成立：
min∑(F(x,xdatai)-ydatai)2→0 (3)
并且输出目标最小二乘表达式值，即残差值。拟合后，软件绘出的迭代步数。 将拟合得到的四个参数值记录下来，画出介电常数实部ε'ε”画图可得图10、 图11所示。
请参考图10、图11、图12(a)、图12(b)，图10为本发明一种具体实 施方式提供的介电常数实部的拟合结果图；图11为本发明一种具体实施方式 提供的介电常数虚部的拟合结果图；图12(a)为本发明一种具体实施方式提 供的一种HN模型拟合结果图；图12(b)为本发明一种具体实施方式提供的 又一种HN模型拟合结果图。
下面继续应用HN函数进行拟合，由于由介电谱图像可看出，存在两个 损耗峰，且在低频区仍在上升，所以我们应用三个HN函数相叠加的模型— —三弛豫模型，对套管的实验数据进行拟合，分析拟合效果。
HN模型的表达式如下：
由于上述三弛豫模型的未知量较多，有14个参数待拟合，应用Matlab的 遗传算法工具箱耗时较长，所以应用软件1stOpt对套管的实验数据进行拟合。 下面以55摄氏度为例分析拟合效果。55℃下的介电常数实部ε′，虚部ε”以及 柯尔-柯尔图的实验结果及拟合结果如图10、图11、图12所示。由图10、图 11、图12可以看出，三弛豫模型对实验数据拟合的非常好，误差非常小。且 由柯尔-柯尔图可以看出，有两个明显的部分极化圆弧，分别对应于α及β极化 过程，对应于实部图中，有两个明显的上升过程，对应于虚部图中，则有两 个极化峰。在柯尔-柯尔图第一幅为考虑电导极化，第二幅为不考虑电导极化 的情况，可以看出考虑电导极化的情况下尾部出现“翘尾”现象，是在介电 常数实部非常大，即频率非常小的时候，这时各种极化均来得及建立，介质 损耗几乎全部由电导损耗所贡献，对应于式(4)中的
随着频率降低，ε” 迅速增大。
请参考图13，图13为本发明一种具体实施方式提供的直流电导率与温度 倒数的关系图。
特征参数的Arrhenius拟合，在各温度点下对介电谱频率特性进行拟合处 理并获取拟合参数，其中直流电导率如表发现其具有温度依赖性，基本符合 Arrhenius公式：
拟合所得到的结果如图13所示。有机电介质中并不存在本征离子，导电 载流子来源于杂质。在制造环氧树脂试样的过程中，以及套管的制造过程中， 为了改善这类介质的力学，物理和老化性能，往往要引入极性的增塑剂，填 料，抗氧剂，抗电场老化稳定剂等添加物，这类添加物的引入将造成有机材 料电导率的增加。
由于套管所用的材料为环氧树脂，其为非晶体与晶体相共存所构成。从整 体来看，其原子分布时不规则的，但在局部区域却是有规则排列的。因此， 由原子周期型排列所形成能带仅能在各个局部区域中存在，在不规则的原子 分布区能带间断，在具有非晶态结构的区域电子不能像在晶体导带中那样自 由运动，需要克服势垒，其表达式如式6所示：
下面对不同老化时间试样特征参数变化规律进行说明。
请参考图14、图15，图14为本发明一种具体实施方式提供的老化0，50， 150，200h的试样在60℃下的介电常数实部的频谱图；图15为本发明一种具 体实施方式提供的老化0，50，150，200h的试样在60℃下的介电常数虚部的 频谱图。
在实验中，我们将7个环氧树脂试样放置在温度为115摄氏度的烘箱内进 行加速老化，分别老化了0，50，100，150，200，250，300h。为分析方便， 现取老化0，50，150，200h的试样在60℃下的实验数据绘制成图14、图15， 分析比较老化对介电谱所产生的影响。
由实验数据可以看出，随着老化时间的增长，介电常数不断增大，而介质 损耗并无太大变化，且变化不单调，分析原因如下：
随着老化的进行，材料中会主要发生热降解反应，降解反应主要包括两种， 一种是主链断裂，包括解聚反应以及无规则断链反应，另一种则是主链不断 的情况下，发生侧基消去反应。而在电场作用下，主链转向困难，难以定向， 所以介电常数实部较小，而热老化之后，会使绝缘介质中结构松散，链变短， 所以更容易随着电场的变化而定向，从而对介电常数做出贡献，因此，老化 时间越长，介电常数越大。
损耗因数随着老化的变化不明显的原因，很有可能是由于进行加速热老化 的时间不够，而环氧树脂的抗老化性能很好，所以本来老化效果并不是很明 显，再加上热老化的高温可能将试样中的水分烘干，所以导致介质损耗原本 增加的部分被中和，导致在介电谱上变化并不明显。
对老化0h，50h，100h，150h，200h，250h，300h的试样进行介电谱测量 实验之后，将实验结果用三弛豫模型进行拟合，针对每一个老化时间的试样， 在每一个温度下可拟合得到14个参数。由于模型函数的未知量较多，所以会 导致拟合结果的不唯一性，则三弛豫模型的参数可能会有变化，但是拟合得 到的电导率变化不大，因此可以将电导率作为老化参量，将不同老化时间的 不同温度下的直流电导率进行比较，分析其变化规律。
请参考图16，图16为本发明一种具体实施方式提供的老化50h和150h 的电导率与温度的关系图。
因此将每个老化时间下得到的电导率与温度的依赖关系作图，为分析方 便，提取老化50h和150h的图像进行比较，如图16所示。由图中可以看出， 老化150h的试样所拟合出来的电导率明显比老化50h的电导率要大，所以可 得到：随着老化时间的增长，试样的直流电导率不断增大。对每个老化时间 的电导率进行分段Arrhenius拟合，拟合的模型函数为：
将拟合得到的不同老化时间下的老化参数如表1所示：
表1用Arrhenius公式拟合电导率的结果
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语 仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求 或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术 语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而 使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且 还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或 者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……” 限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存 在另外的相同要素。
以上对本发明所提供的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法及其检测 方法、装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施 方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核 心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实 施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为 对本发明的限制。
Claims (9)
1.一种SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，其特征在于，包括：
获取预设温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据；
根据所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数组；
建立所述不同老化程度的SF6绝缘套管在所述预设温度下与所述拟合参数组的对应关系，得到SF6绝缘套管绝缘检测数据库；
其中，所述预设温度在预设温度范围内均匀分布，所述不同老化程度的SF6绝缘套管包括：绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管；
所述根据所述介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的拟合参数组，包括：
根据所述介电频谱数据，绘制Cole-Cole图；
根据所述Cole-Cole图将所述介电频谱数据分为第一区域数据，第二区域数据，第三区域数据；所述第一区域数据包括：电导极化分量；所述第二区域数据包括：电导极化分量、α极化分量；所述第三区域数据包括：电导极化分量、α极化分量和β极化分量；
根据所述第一区域数据，求出HN模型公式中关于电导极化的拟合参数；
根据所述电导极化的拟合参数，计算得到所述第二区域数据对应的电导极化分量，及所述第三区域数据对应的电导极化分量；
将所述第二区域数据减去所述第二区域数据对应的电导极化分量，得到所述第二区域数据的α极化分量，对所述第二区域数据的α极化对应Cole-Cole图上局部圆弧上的数据点，求出HN模型公式中关于α极化的拟合参数；
根据所述α极化的拟合参数，计算得到所述第三区域数据对应的α极化分量；
将所述第三区域数据减去所述第三区域数据对应的α极化分量、所述第三区域数据对应的电导极化分量，得到所述第三区域数据的β极化分量，求出HN模型公式中关于β极化的拟合参数。
2.根据权利要求1所述的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，其特征在于，在获取预设温度下，预设频率范围内不同老化程度的SF6绝缘套管的介电频谱数据之前，还包括：
获取不同老化程度的SF6绝缘套管。
3.根据权利要求2所述的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，其特征在于，所述获取不同老化程度的SF6绝缘套管，包括：
在第二预设温度下，老化绝缘套管预设时间，得到不同老化程度的绝缘套管；
其中，所述预设时间在预设时间范围内均匀分布。
4.根据权利要求3所述的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，其特征在于，所述预设时间范围为0～300小时。
5.根据权利要求1所述的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，其特征在于，所述预设频率范围为10-3～103Hz。
6.根据权利要求1所述的SF6绝缘套管绝缘检测数据库构建方法，其特征在于，所述预设温度范围为40～90℃。
7.一种SF6绝缘套管绝缘检测方法，应用如权利要求1至6任一项所述构建方法构建的SF6绝缘套管绝缘检测数据库，其特征在于，包括：
获取待检测SF6绝缘套管的实时温度，及对应的实时介电频谱数据；
根据所述实时介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的实时拟合参数组；
获取所述检测数据库中，当所述预设温度与所述实时温度相当时，绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管的临界拟合参数组；
判断所述实时介电频谱数据与所述临界拟合参数组的大小关系；
根据所述大小关系，判断所述待检测SF6绝缘套管的绝缘状态。
8.根据权利要求7所述的SF6绝缘套管绝缘检测方法，其特征在于，所述预设温度与所述实时温度相当，包括：
所述预设温度与所述实时温度相等，
或
所述预设温度与所述实时温度最接近。
9.一种SF6绝缘套管绝缘检测装置，应用如权利要求1至6任一项所述构建方法构建的SF6绝缘套管绝缘检测数据库，其特征在于，包括：
频谱数据获取单元，用于获取待检测SF6绝缘套管的实时温度，及对应的实时介电频谱数据；
实时参数分析单元，用于根据所述实时介电频谱数据，分析得到符合HN模型公式的对应的实时拟合参数组；
临界参数获取单元，用于获取所述检测数据库中，当所述预设温度与所述实时温度相当时，绝缘废弃临界点的SF6绝缘套管的临界拟合参数组；
大小关系判断单元，用于判断所述实时介电频谱数据与所述临界拟合参数组的大小关系；
绝缘状态判断单元，用于根据所述大小关系，判断所述待检测SF6绝缘套管的绝缘状态。
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