CN117872047A - 一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法,其特征在于搭建了一种基于起电特性的直流高压绝缘材料可靠性测试平台,其评估步骤为:将用环氧树脂制成的板尖电极放置在绝缘实验容器中,通过冲击电压放大器和电源控制平台来生成和调节直流冲击电压,通过电树枝观测探头观测在不同直流冲击电压情况下,电树枝生长的长度特征量,计算得到环氧树脂在直流冲击电压环境下的电树枝的长度特征健康参量值,再将电树枝的长度特征健康参量值计算公式进行迭代算法优化,得到优化后的树枝的长度特征健康参量值,再计算得到环氧树脂样品在不同电树枝长度特征量的健康评估因子,后计算得到不同电树枝长度特征量下环氧树脂的绝缘健康评估综合因子并进行环氧树脂健康状态评估。本发明致力于提供一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法,对电力***的安全稳定运行提供参考。
Description
技术领域
本发明涉及环氧树脂健康评估领域,特别是一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法。
背景技术
绝缘树脂因其优异的电气绝缘性能、机械性能、耐腐蚀性能和工艺成熟等特点,被广泛应用于电工绝缘领域,例如:套管、触头盒、支柱绝缘子、绝缘套筒,作为封装材料能有效隔绝电气元件与外界复杂环境的接触,提高设备绝缘性能。然而,随着电力***容量不断提高,环氧树脂冲击直流高压工作环境中面临着绝缘健康状态下降的现象,其本身健康状态下降问题却制约着设备运行的可靠性和使用寿命。绝缘材料的健康状态一旦下降,容易引起电击穿和起痕烧蚀等现象并造成电气设备与元件故障损坏。绝缘健康状态下降造成电力设备发生故障的比率非常高,环氧树脂的绝缘健康状态影响着电力***安全稳定运行。
已有研究结果表明电树枝的生长状态与环氧树脂绝缘性能有明显相关性,但目前缺少对基于起电特征的直流冲击电压下对环氧树脂绝缘状态的评估方法,以判断环氧树脂在直流冲击电压下的绝缘状态。因此,亟需研究考虑直流冲击电压环境下基于起电特征的环氧树脂的绝缘健康评估方法,可为掌握环氧树脂绝缘健康状态提供重要参考。
发明内容
为了准确评估环氧树脂的绝缘健康状态,本发明提供一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法。
实现本发明目的的技术方案如下,包含一下几个步骤:
第一步:搭建了一种基于起电特性的直流高压绝缘材料可靠性测试平台,平台包括:上位机(1)、供能装置(10)、电源控制平台(23)、保护电阻(5)、触发开关(17)、冲击电压放大器(30)、电压调节电阻(7)、阳性针极(20)、阴性板极(16)、绝缘液体材料(15)、绝缘实验容器(18)、电树枝观测探头(20)、放电特征观测器(12)、观测控制平台(14)、降压电阻(2)、降压电特征监测器(9)、降压电特征控制平台(11)、接地装置一(4)、接地装置二(3)。
所述上位机与观测控制平台(14)、降压电特征控制平台(11)、供能装置(10)和接地装置一(4)相连组成整个***的控制部分。
所述供能装置(10)与电源控制平台(23)、保护电阻(5)、触发开关(17)、冲击电压放大器(30)、电压调节电阻(7)、阳性针极(20)、阴性板极(16)和接地装置二(3)依次相连接,其中阳性针极(20)和阴性板极(16)置于绝缘实验容器(18)中心并使用绝缘液体材料(15)填满。
所述上位机(1)与放电特征观测器(12)、观测控制平台(14)、电树枝观测探头(20)和接地装置一(4)相连,组成***观测控制部分。
所述上位机(1)与降压电特征控制平台(11)、降压电特征监测器(9)、降压电阻(2)相连组成***降压电特征量控制平台。
所述阳性针极(20)直径1mm、长20mm、针尖曲率半径为5μm、针尖角度为35%。阴性板极(16)尺寸为20mm×20mm×1mm(长×宽×厚)置于绝缘实验容器(18)底部与接地装置二(3)相连,绝缘实验容器(18)尺寸为20mm×20mm×20mm(长×宽×厚),阳性针极(20)于绝缘实验容器(18)几何中心位置埋入与阴性板极(16)相距2mm。
一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法,包括以下步骤:
S1:供能装置(10)给上位机(1)和电源控制平台(23)提供电能,上位机(1)通过给电源控制平台(23)发出直流电发电指令,使电源控制平台(23)向绝缘实验容器(18)提供直流电,冲击电压放大器(30)将直流电信号放大,电压调节电阻(7)可调节电压幅值高低。
S2:上位机(1)给电源控制平台(23)发出供能指令,电源控制平台(23)向冲击电压放大器(30)输入以每1.2μs一次的直流低压电(连续5次为一个放电周期),冲击电压放大器(30)输出冲击电压40kV,一般认为正极性冲击电压40kV即可使极板间发生局部放电现象,电压调节电阻(7)调节冲击电压分别为42kV以一次放电周期做五次周期性实验。
S3:在冲击电压放大器(30)输出冲击电压开始,放电特征观测器(12)开始监测降压电阻(2)降压后的放电特征量并通过降压电特征控制平台(11)向上位机(1)回传数据。放电特征观测器(12)通过电树枝观测探头(20)观测
电树枝形成状况,并通过观测控制平台(14)以一个放电周期向上位机(1)回传电树枝长度数据。
S4:计算得出阳性针极(20)和阴性板极(16)之间电树枝长度特征理论计算值:
式(1)中L为阳性针极(20)和阴性板极(16)之间内部电树枝长度特征L;,单位为μm,t为42kV电压的周期加压次数,x为误差系数,λ为积分变量。
S5:对电树枝长度特征量L使用迭代算法进行参量优化,得出使板极间电树枝长度理论计算值和实验观测值误差最小的x0值
1)随机生成初始解h,计算目标函数f(h):
式中,f(h)表示目标函数,D1K为第K组电树枝的长度特性评判因子一,UK为第K组电树枝直流工作电流实测值,UzK为第K组接地网的直流工作电流标准值,X为实验放电次数,n为实测组数;
2)产生扰动新解h',计算目标函数Δf=f(h)-f(h');若Δf≥0,则接受新解,否则,按概率接受准则获得新解;
3)判断是否达到迭代次数,若达到转第四步,否则,转第二步;
4)判断是否满足终止条件,若满足则运算结束,返回最优解,否则重置迭代次数转第二步;
S6:将S5中得出x0的带入公式(1)得到优化后的计算公式:
S7:计算环氧树脂健康程度的可靠性评估因子d:
式中,U0为局部放电起始电压,L0是健康参量优化后的电树枝宽度特征;
基于上述步骤得到的冲击电压环氧树脂可靠性评估因子d并进行评估,当d∈(-∞,147]时,认为环氧树脂绝缘健康状态较好;当d∈(147,196]时,认为环氧树脂绝缘健康状态一般,应加强关注;当d∈(196,+∞]时,表明环氧树脂绝缘可靠性较差,无法应用于直流高压线路。本发明的有益效果在于:
1)搭建了考虑直流冲击电压环境下环氧树脂的绝缘健康状态试验平台,该平台可以有效模拟环氧树脂在直流冲击电压环境下的健康状态;
2)基于所建试验平台,可准确得到直流冲击电压环境下环氧树脂的绝缘健康评估综合因子,通过直流冲击电压环境下环氧树脂的绝缘健康评估综合因子提出建议,进一步提高电力***的绝缘性;
3)本发明主要是通过上位机完成,操作简便且安全可靠。
附图说明
图1为本申请示出的一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂绝缘健康状态测试平台示意图;
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法具体实施方式包括以下步骤:
第一步:首先搭建了一种基于起电特性的直流高压绝缘材料可靠性测试平台,平台包括:上位机(1)、供能装置(10)、电源控制平台(23)、保护电阻(5)、触发开关(17)、冲击电压放大器(30)、电压调节电阻(7)、阳性针极(20)、阴性板极(16)、绝缘液体材料(15)、绝缘实验容器(18)、电树枝观测探头(20)、放电特征观测器(12)、观测控制平台(14)、降压电阻(2)、降压电特征监测器(9)、降压电特征控制平台(11)、接地装置一(4)、接地装置二(3)。
所述上位机与观测控制平台(14)、降压电特征控制平台(11)、供能装置(10)和接地装置一(4)相连组成整个***的控制部分。
所述供能装置(10)与电源控制平台(23)、保护电阻(5)、触发开关(17)、冲击电压放大器(30)、电压调节电阻(7)、阳性针极(20)、阴性板极(16)和接地装置二(3)依次相连接,其中阳性针极(20)和阴性板极(16)置于绝缘实验容器(18)中心并使用绝缘液体材料(15)填满。
所述上位机(1)与放电特征观测器(12)、观测控制平台(14)、电树枝观测探头(20)和接地装置一(4)相连,组成***观测控制部分。
所述上位机(1)与降压电特征控制平台(11)、降压电特征监测器(9)、降压电阻(2)相连组成***降压电特征量控制平台。
所述阳性针极(20)直径1mm、长20mm、针尖曲率半径为5μm、针尖角度为35%。阴性板极(16)尺寸为20mm×20mm×1mm(长×宽×厚)置于绝缘实验容器(18)底部与接地装置二(3)相连,绝缘实验容器(18)尺寸为20mm×20mm×20mm(长×宽×厚),阳性针极(20)于绝缘实验容器(18)几何中心位置埋入与阴性板极(16)相距2mm。
一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法,包括以下步骤:
S1:供能装置(10)给上位机(1)和电源控制平台(23)提供电能,上位机(1)通过给电源控制平台(23)发出直流电发电指令,使电源控制平台(23)向绝缘实验容器(18)提供直流电,冲击电压放大器(30)将直流电信号放大,电压调节电阻(7)可调节电压幅值高低。
S2:上位机(1)给电源控制平台(23)发出供能指令,电源控制平台(23)向冲击电压放大器(30)输入以每1.2μs一次的直流低压电(连续5次为一个放电周期),冲击电压放大器(30)输出冲击电压40kV,一般认为正极性冲击电压40kV即可使极板间发生局部放电现象,电压调节电阻(7)调节冲击电压分别为42kV以一次放电周期做五次周期性实验。
S3:在冲击电压放大器(30)输出冲击电压开始,放电特征观测器(12)开始监测降压电阻(2)降压后的放电特征量并通过降压电特征控制平台(11)向上位机(1)回传数据。放电特征观测器(12)通过电树枝观测探头(20)观测
电树枝形成状况,并通过观测控制平台(14)以一个放电周期向上位机(1)回传电树枝长度数据。
S4:计算得出阳性针极(20)和阴性板极(16)之间电树枝长度特征理论计算值:
式(1)中L为阳性针极(20)和阴性板极(16)之间内部电树枝长度特征L;,单位为μm,t为42kV电压的周期加压次数,x为误差系数,λ为积分变量。
S5:对电树枝长度特征量L使用迭代算法进行参量优化,得出使板极间电树枝长度理论计算值和实验观测值误差最小的x0值
1)随机生成初始解h,计算目标函数f(h):
式中,f(h)表示目标函数,D1K为第K组电树枝的长度特性评判因子一,UK为第K组电树枝直流工作电流实测值,UzK为第K组接地网的直流工作电流标准值,X为实验放电次数,n为实测组数;
2)产生扰动新解h',计算目标函数Δf=f(h)-f(h');若Δf≥0,则接受新解,否则,按概率接受准则获得新解;
3)判断是否达到迭代次数,若达到转第四步,否则,转第二步;
4)判断是否满足终止条件,若满足则运算结束,返回最优解,否则重置迭代次数转第二步;
S6:将S5中得出x0的带入公式(1)得到优化后的计算公式:
S7:计算环氧树脂健康程度的可靠性评估因子d:
式中,U0为局部放电起始电压,L0是健康参量优化后的电树枝宽度特征;
基于上述步骤得到的冲击电压环氧树脂可靠性评估因子d并进行评估,当d∈(-∞,147]时,认为环氧树脂绝缘健康状态较好;当d∈(147,196]时,认为环氧树脂绝缘健康状态一般,应加强关注;当d∈(196,+∞]时,表明环氧树脂绝缘可靠性较差,无法应用于直流高压线路。
Claims (1)
1.一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法,其特征在于,首先搭建了一种基于起电特性的直流高压绝缘材料可靠性测试平台,平台包括:上位机(1)、供能装置(10)、电源控制平台(23)、保护电阻(5)、触发开关(17)、冲击电压放大器(30)、电压调节电阻(7)、阳性针极(20)、阴性板极(16)、绝缘液体材料(15)、绝缘实验容器(18)、电树枝观测探头(20)、放电特征观测器(12)、观测控制平台(14)、降压电阻(2)、降压电特征监测器(9)、降压电特征控制平台(11)、接地装置一(4)、接地装置二(3)。
所述上位机与观测控制平台(14)、降压电特征控制平台(11)、供能装置(10)和接地装置一(4)相连组成整个***的控制部分。
所述供能装置(10)与电源控制平台(23)、保护电阻(5)、触发开关(17)、冲击电压放大器(30)、电压调节电阻(7)、阳性针极(20)、阴性板极(16)和接地装置二(3)依次相连接,其中阳性针极(20)和阴性板极(16)置于绝缘实验容器(18)中心并使用绝缘液体材料(15)填满。
所述上位机(1)与放电特征观测器(12)、观测控制平台(14)、电树枝观测探头(20)和接地装置一(4)相连,组成***观测控制部分。
所述上位机(1)与降压电特征控制平台(11)、降压电特征监测器(9)、降压电阻(2)相连组成***降压电特征量控制平台。
所述阳性针极(20)直径1mm、长20mm、针尖曲率半径为5μm、针尖角度为35%。阴性板极(16)尺寸为20mm×20mm×1mm(长×宽×厚)置于绝缘实验容器(18)底部与接地装置二(3)相连,绝缘实验容器(18)尺寸为20mm×20mm×20mm(长×宽×厚),阳性针极(20)于绝缘实验容器(18)几何中心位置埋入与阴性板极(16)相距2mm。
一种基于起电特征的直流冲击电压环氧树脂性能评估方法,包括以下步骤:
S1:供能装置(10)给上位机(1)和电源控制平台(23)提供电能,上位机(1)通过给电源控制平台(23)发出直流电发电指令,使电源控制平台(23)向绝缘实验容器(18)提供直流电,冲击电压放大器(30)将直流电信号放大,电压调节电阻(7)可调节电压幅值高低。
S2:上位机(1)给电源控制平台(23)发出供能指令,电源控制平台(23)向冲击电压放大器(30)输入以每1.2μs一次的直流低压电(连续5次为一个放电周期),冲击电压放大器(30)输出冲击电压40kV,一般认为正极性冲击电压40kV即可使极板间发生局部放电现象,电压调节电阻(7)调节冲击电压分别为42kV以一次放电周期做五次周期性实验。
S3:在冲击电压放大器(30)输出冲击电压开始,放电特征观测器(12)开始监测降压电阻(2)降压后的放电特征量并通过降压电特征控制平台(11)向上位机(1)回传数据。放电特征观测器(12)通过电树枝观测探头(20)观测电树枝形成状况,并通过观测控制平台(14)以一个放电周期向上位机(1)回传电树枝长度数据。
S4:计算得出阳性针极(20)和阴性板极(16)之间电树枝长度特征理论计算值:
式(1)中L为阳性针极(20)和阴性板极(16)之间内部电树枝长度特征L;,单位为μm,t为42kV电压的周期加压次数,x为误差系数,λ为积分变量。
S5:对电树枝长度特征量L使用迭代算法进行参量优化,得出使板极间电树枝长度理论计算值和实验观测值误差最小的x0值
1)随机生成初始解h,计算目标函数f(h):
式中,f(h)表示目标函数,D1K为第K组电树枝的长度特性评判因子一,UK为第K组电树枝直流工作电流实测值,UzK为第K组接地网的直流工作电流标准值,X为实验放电次数,n为实测组数;
2)产生扰动新解h',计算目标函数Δf=f(h)-f(h');若Δf≥0,则接受新解,否则,按概率接受准则获得新解;
3)判断是否达到迭代次数,若达到转第四步,否则,转第二步;
4)判断是否满足终止条件,若满足则运算结束,返回最优解,否则重置迭代次数转第二步;
S6:将S5中得出x0的带入公式(1)得到优化后的计算公式:
S7:计算环氧树脂健康程度的可靠性评估因子d:
式中,U0为局部放电起始电压,L0是健康参量优化后的电树枝宽度特征;
基于上述步骤得到的冲击电压环氧树脂可靠性评估因子d并进行评估,当d∈(-∞,147]时,认为环氧树脂绝缘健康状态较好;当d∈(147,196]时,认为环氧树脂绝缘健康状态一般,应加强关注;当d∈(196,+∞]时,表明环氧树脂绝缘可靠性较差,无法应用于直流高压线路。
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