CN112926184A - 车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法 - Google Patents

车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了提供一种车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法，包括：步骤S10，测试车载变压器油纸绝缘样品服役不同公里数后绝缘失效的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，建立服役公里数关于水分含量、有机酸含量和糠醛含量的拟合函数；步骤S20，根据拟合函数建立车载变压器的威布尔分布概率密度函数，根据威布尔分布概率密度函数确定车载变压器的绝缘累积失效概率模型；步骤S30，结合绝缘累积失效概率模型，可有效预测车载变压器绝缘失效概率，为实际工程中车载变压器绝缘状态评估和运行维护提供指导方法。

Description

车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法
技术领域
本发明涉及变电设备技术领域，具体而言，涉及一种车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法。
背景技术
随着电气化铁路的发展，特别是高速铁路的快速发展，对列车运行的安全可靠性提出了更高的要求。车载变压器作为高速动车组和大功率电力机车的电能变换分配装置，其运行状态关乎动车组和电力机车运行的安全性和可靠性。由于车载变压器区别于普通电力变压器的特殊结构设计、特殊运行工况及特殊的工作环境，其内部油纸绝缘失效概率也区别于普通电力变压器。现有的对普通电力变压器绝缘失效概率模型不能很好的评估车载变压器绝缘损失状态，车载变压器的油纸绝缘失效会造成铁路事故和资源浪费，准确确定车载变压器绝缘失效成为一个巨大的挑战。
目前，水分含量、有机酸含量和糠醛含量已有大量研究，寿命评估成果也颇为***，但由于车载变压器特殊工况，短时负荷冲击性较强的特点，既有的绝缘失效概率模型已不能适用。此外，既有研究尚未将水分含量、有机酸含量和糠醛含量等多因素综合考虑，不能实现车载变压器绝缘状态准确评估。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法，以解决现有技术中不能实现车载变压器绝缘状态准确评估的问题。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法，方法具体包括以下步骤：步骤S10：测试车载变压器油纸绝缘样品服役不同公里数后绝缘失效的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，建立服役公里数关于水分含量、有机酸含量和糠醛含量的拟合函数；步骤S20：根据拟合函数建立车载变压器的威布尔分布概率密度函数，根据威布尔分布概率密度函数确定车载变压器的绝缘累积失效概率模型；步骤S30：结合绝缘累积失效概率模型，根据车载变压器实际服役的公里数，确定车载变压器油纸的失效概率。
进一步地，在步骤S10中还包括以下步骤：步骤S11：按照车载变压器绝缘失效服役公里数从小到大的原则，测试车载变压器油纸的不同绝缘失效服役公里数下对应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，拟合函数通过以下公式获得：f(t)＝eWC-9.75lnWO+WK，WC为水分含量，WO为有机酸含量，WK为糠醛含量。
进一步地，在步骤S10中还包括以下步骤：步骤S12：对拟合函数进行归一化处理得到归一化第一拟合曲线，根据归一化第一拟合曲线建立车载变压器的威布尔分布概率密度函数。
进一步地，归一化第一拟合曲线通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000021
f(tn)为第n个车载变压器的油纸绝缘寿命失效时最大服役公里数。
进一步地，威布尔分布概率密度函数通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000022
α为尺度参数，β为形状参数，γ为位置参数。
进一步地，步骤S20中还包括以下步骤：步骤21：根据威布尔分布概率密度函数确定分布函数F(f(t))，其中，
Figure BDA0002910367280000023
α、β、γ为参数；步骤22：利用最大似然估计对参数α、β、γ进行参数估计得到公式L(α,β,γ)，其中，无约束优化模型公式为：
Figure BDA0002910367280000024
根据公式L(α,β,γ)得到参数α的估计值为
Figure BDA0002910367280000025
参数β的估计值为
Figure BDA0002910367280000026
参数γ的估计值为
Figure BDA0002910367280000027
步骤23：根据
Figure BDA0002910367280000028
和
Figure BDA0002910367280000029
确定绝缘累积失效概率模型。
进一步地，绝缘累积失效概率模型通过以下公式获得：
Figure BDA00029103672800000210
或者
Figure BDA00029103672800000211
fc(tx)为实际中测试车载变压器服役的公里数，k为fc(tx)归一化的系数，0＜k≤1。
进一步地，步骤S30中，在确定车载变压器油纸失效概率之前，还包括以下步骤：步骤S31：测试实际中不同服役公里数fc(tx)下车载变压器油纸对应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，结合归一化第一拟合曲线确定车载变压器油纸缘样品中相应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量下的对应公里数f(tx)，根据f(tx)对实际中车载变压器不同的服役公里数fc(tx)做归一化处理得到归一化第二拟合曲线，根据归一化第二拟合曲线确定实际中车载变压器油纸的绝缘失效概率。
进一步地，第二拟合曲线通过以下公式获得：
Figure BDA00029103672800000212
其中，k为fc(tx)归一化的系数，0＜k≤1。
进一步地，实际中车载变压器油纸的绝缘失效概率通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000031
应用本发明的技术方案，通过测试绝缘失效的不同服役公里数下车载变压器油纸绝缘样品的水分含量、有机酸含量和糠醛含量建立数学关系，根据三参数的威布尔分布函数确定车载变压器油纸的失效概率，工程应用时，根据测得实际使用的车载变压器油纸服役一定公里数后的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，结合车载变压器油纸的失效概率，可有效预测车载变压器绝缘失效概率，实现了车载变压器油纸绝缘状态的准确评估。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明第一实施例的流程示意图；
图2示出了根据本发明第二实施例的流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
结合图1和图2所示，根据本发明的实施例，提供了一种车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法。
如图1所示，本实施例中，本方法包括以下具体的步骤：步骤S10：测试车载变压器油纸绝缘样品服役不同公里数后绝缘失效的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，建立服役公里数关于水分含量、有机酸含量和糠醛含量的拟合函数。步骤S20：根据拟合函数建立车载变压器的威布尔分布概率密度函数，根据威布尔分布概率密度函数确定车载变压器的绝缘累积失效概率模型。步骤S30：结合绝缘累积失效概率模型，根据车载变压器实际服役的公里数，确定车载变压器油纸的失效概率。
在本实施例中，通过测试绝缘失效的不同服役公里数下车载变压器油纸绝缘样品的水分含量、有机酸含量和糠醛含量建立数学关系，根据三参数的威布尔分布函数确定车载变压器油纸的失效概率，工程应用时，根据测得实际使用的车载变压器油纸服役一定公里数后的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，结合车载变压器油纸的失效概率，可有效预测车载变压器绝缘失效概率，实现了车载变压器油纸绝缘状态的准确评估。
其中，步骤10中还包括以下步骤：步骤S11：按照车载变压器绝缘失效服役公里数从小到大的原则，测试车载变压器油纸的不同绝缘失效服役公里数下对应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，拟合函数通过以下公式获得：
f(t)＝eWC-9.75lnWO+WK，WC为水分含量，WO为有机酸含量，WK为糠醛含量。
步骤S12：对拟合函数进行归一化处理得到归一化第一拟合曲线，根据归一化第一拟合曲线建立车载变压器的威布尔分布概率密度函数。归一化第一拟合曲线通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000041
f(tn)为第n个车载变压器的油纸绝缘寿命失效时最大服役公里数。
威布尔分布概率密度函数通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000042
α为尺度参数，β为形状参数，γ为位置参数。
步骤20中还包括以下步骤：
步骤21：根据威布尔分布概率密度函数确定分布函数F(f(t))，其中，
Figure BDA0002910367280000043
α、β、γ为参数；
步骤22：利用最大似然估计对参数α、β、γ进行参数估计得到公式L(α,β,γ)，其中，无约束优化模型公式为：
Figure BDA0002910367280000051
根据公式L(α,β,γ)得到参数α的估计值为
Figure BDA0002910367280000052
参数β的估计值为
Figure BDA0002910367280000053
参数γ的估计值为
Figure BDA0002910367280000054
步骤23：根据
Figure BDA0002910367280000055
和
Figure BDA0002910367280000056
确定绝缘累积失效概率模型。
绝缘累积失效概率模型通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000057
或者
Figure BDA0002910367280000058
fc(tx)为实际中测试车载变压器服役的公里数，k为fc(tx)归一化的系数，0＜k≤1。
步骤30中还包括以下步骤：
步骤S31：测试实际中不同服役公里数fc(tx)下车载变压器油纸对应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，结合归一化第一拟合曲线确定车载变压器油纸缘样品中相应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量下的对应公里数f(tx)，根据f(tx)对实际中车载变压器不同的服役公里数fc(tx)做归一化处理得到归一化第二拟合曲线，根据归一化第二拟合曲线确定实际中车载变压器油纸的绝缘失效概率。
第二拟合曲线通过以下公式获得：
Figure BDA0002910367280000059
其中，k为fc(tx)归一化的系数，0＜k≤1。
实际中车载变压器油纸的绝缘失效概率通过以下公式获得：
Figure BDA00029103672800000510
如图2所示，另一种实施例中，本方法的具体步骤如下：
步骤S10：获取绝缘失效的车载变压器油纸绝缘试验样品中的WCi为水分含量，WOi为有机酸含量，WKi为糠醛含量。
测试绝缘失效的车载变压器油纸绝缘试验样品中的水分含量WCi、有机酸含量WOi和糠醛含量WKi，按照绝缘失效服役公里数从小到大的原则，测试不同绝缘失效服役公里数f(ti)下对应的水分含量WCi、有机酸含量WOi和糠醛含量WKi，i＝1,2,3,....,n，f(tn)为绝缘寿命失效时最大运行公里数，单位为万公里，n为绝缘寿命失效时最大运行公里数对应的序号。
步骤S20：将获取WCi为水分含量，WOi为有机酸含量，WKi为糠醛含量进行归一化处理。
将步骤S10中的不同服役公里数f(ti)与对应的水分含量WCi、有机酸含量WOi和糠醛含量WKi的测试数据拟合，得到服役公里数与水分含量WCi、有机酸含量WOi和糠醛含量WKi的数值关系，由公式(1)给出：
f(t)＝eWC-9.75lnWO+WK (1)
归一化到f(tn)时有：
Figure BDA0002910367280000061
步骤S30：建立水分含量WCi、有机酸含量WOi和糠醛含量WKi三参数威布尔分布车载变压器绝缘失效概率模型。
威布尔分布概率密度函数为：
Figure BDA0002910367280000062
分布函数关系为：
Figure BDA0002910367280000063
其中，F(f(t))为服役公里数为f(t)时的绝缘累积失效概率，表示服役公里数不大于f(t)时绝缘失效概率，α为尺度参数，β为形状参数，γ为位置参数。
步骤S40：拟合威布尔分布参数；
服役公里数f(t)服从威布尔分布，利用最大似然估计对α，β，γ进行参数估计，由公式(5)给出：
Figure BDA0002910367280000064
对公式(5)两边同时取自然对数得到无约束优化模型公式(6)：
Figure BDA0002910367280000071
根据公式(6)求解出参数估计值
Figure BDA0002910367280000072
和
Figure BDA0002910367280000073
得到已知参数的威布尔分布车载变压器绝缘失效概率模型：
Figure BDA0002910367280000074
步骤S50：将威布尔分布车载变压器绝缘失效概率模型应用到工程中；
测试不同服役公里数fc(tx)下车载变压器对应的水分含量WCx、有机酸含量WOx和糠醛含量WKx，结合公式(1)、公式(2)求解水分含量WCx、有机酸含量WOx和糠醛含量WKx下的计算公里数f(tx)。
归一化后的数值相等，满足公式(8)：
Figure BDA0002910367280000075
其中，k为归一化系数，0＜k≤1；
计算公里数f(tx)结合公式(7)、公式(8)求解车载变压器绝缘失效概率，由公式(9)给出，完成车载变压器绝缘失效概率计算：
Figure BDA0002910367280000076
其中，fc(tx)为从小到大排列待测服役公里数，x为排列序号，x取1,2,3,....,m，m为待测车载变压器个数的最大值。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车载变压器油纸绝缘失效概率的确定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S10：测试车载变压器油纸绝缘样品服役不同公里数后绝缘失效的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，建立服役公里数关于所述水分含量、所述有机酸含量和所述糠醛含量的拟合函数；
步骤S20：根据所述拟合函数建立所述车载变压器的威布尔分布概率密度函数，根据所述威布尔分布概率密度函数确定所述车载变压器的绝缘累积失效概率模型；
步骤S30：结合所述绝缘累积失效概率模型，根据所述车载变压器实际服役的公里数，确定所述车载变压器油纸的失效概率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤S10中还包括以下步骤：
步骤S11：按照车载变压器绝缘失效服役公里数从小到大的原则，测试所述车载变压器油纸的不同绝缘失效服役公里数下对应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，所述拟合函数通过以下公式获得：
f(t)＝eWC-9.75lnWO+WK，WC为水分含量，WO为有机酸含量，WK为糠醛含量。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述步骤S10中还包括以下步骤：
步骤S12：对所述拟合函数进行归一化处理得到归一化第一拟合曲线，根据所述归一化第一拟合曲线建立所述车载变压器的威布尔分布概率密度函数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述归一化第一拟合曲线通过以下公式获得：
Figure FDA0002910367270000011
f(tn)为第n个所述车载变压器的油纸绝缘寿命失效时最大服役公里数。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述威布尔分布概率密度函数通过以下公式获得：
Figure FDA0002910367270000012
α为尺度参数，β为形状参数，γ为位置参数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S20中还包括以下步骤：
步骤21：根据所述威布尔分布概率密度函数确定分布函数F(f(t))，其中，
Figure FDA0002910367270000013
α、β、γ为参数；
步骤22：利用最大似然估计对参数α、β、γ进行参数估计得到公式L(α,β,γ)，其中，无约束优化模型公式为：
Figure FDA0002910367270000021
根据公式L(α,β,γ)得到参数α的估计值为
Figure FDA0002910367270000022
参数β的估计值为
Figure FDA0002910367270000023
参数γ的估计值为
Figure FDA0002910367270000024
步骤23：根据
Figure FDA0002910367270000025
和
Figure FDA0002910367270000026
确定所述绝缘累积失效概率模型。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述绝缘累积失效概率模型通过以下公式获得：
Figure FDA0002910367270000027
或者
Figure FDA0002910367270000028
fc(tx)为实际中测试所述车载变压器服役的公里数，k为fc(tx)归一化的系数，0＜k≤1。
8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S30中，在确定所述车载变压器油纸失效概率之前，还包括以下步骤：
步骤S31：测试实际中不同服役公里数fc(tx)下车载变压器油纸对应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量，结合所述归一化第一拟合曲线确定车载变压器油纸缘样品中相应的水分含量、有机酸含量和糠醛含量下的对应公里数f(tx)，根据f(tx)对实际中所述车载变压器不同的服役公里数fc(tx)做归一化处理得到归一化第二拟合曲线，根据所述归一化第二拟合曲线确定实际中所述车载变压器油纸的绝缘失效概率。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述第二拟合曲线通过以下公式获得：
Figure FDA0002910367270000029
其中，k为fc(tx)归一化的系数，0＜k≤1。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，实际中所述车载变压器油纸的绝缘失效概率通过以下公式获得：
Figure FDA00029103672700000210
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