基于换流变压器生产的绝缘老化监测方法及系统与流程

本发明涉及电力设备绝缘状态监测，更具体地说，本发明涉及基于换流变压器生产的绝缘老化监测方法及系统。

背景技术：

1、换流变压器是高压直流输电系统中的关键设备，其内部绝缘系统长期承受交流电压、直流偏置电压以及换流过程中产生的暂态电压等多种电应力作用。随着运行时间增加，换流变压器油纸绝缘会发生老化，导致绝缘性能下降，严重时可能引发绝缘击穿故障。因此，对换流变压器绝缘状态进行有效监测具有重要意义。

2、目前，换流变压器绝缘老化状态检测方法主要包括油中溶解气体分析法、局部放电检测法以及介电响应分析法等。其中，油中溶解气体分析法通过检测绝缘油中特征气体含量判断内部是否存在过热、放电等异常情况；局部放电检测法通过采集放电产生的电信号、超声信号或电磁信号分析绝缘缺陷状态；介电响应分析法通过检测绝缘介质的介电损耗、极化电流以及去极化电流等参数评价绝缘老化程度。

3、然而，由于换流变压器在运行过程中存在直流电压极性变化及换流状态切换现象，绝缘内部会产生空间电荷积累。当直流电压极性发生转换时，部分空间电荷无法及时消散，会形成残余空间电荷，从而造成绝缘内部电场分布变化，加速绝缘老化过程。

4、现有换流变压器绝缘监测方法主要针对绝缘油化学特性、局部放电特征以及整体介电参数进行检测，难以获取直流极性转换过程中绝缘内部残余空间电荷的变化状态，也无法有效评价空间电荷释放过程对绝缘恢复能力的影响。因此，现有检测方法难以及时准确识别由直流电场作用引起的早期绝缘劣化状态。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供基于换流变压器生产的绝缘老化监测方法及系统，解决了现有绝缘检测方法难以获取直流极性转换过程中绝缘内部残余空间电荷变化状态、无法准确评价空间电荷释放过程对绝缘恢复能力影响以及难以及时识别早期绝缘劣化的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、第一方面，本技术提供了基于换流变压器生产的绝缘老化监测方法，该方法包括：获取换流变压器运行时的直流侧电压信号和换流控制信号，根据换流控制信号确定极性转换触发时刻，并以该触发时刻为基准，依据直流侧电压信号的方向变化确定直流极性转换时刻；在所述直流极性转换时刻之后，采集绝缘响应信号，获取残余空间电荷释放响应曲线；提取所述残余空间电荷释放响应曲线中的特征参数；根据连续多个极性转换周期中所述特征参数的变化趋势，判定换流变压器的绝缘老化状态。

4、在其中一个实施例中，确定直流极性转换时刻，包括：获取换流变压器直流侧电压信号和换流控制信号；对所述直流侧电压信号和所述换流控制信号进行时间同步；从同步后的换流控制信号中识别极性转换启动事件，并定位极性转换触发时刻；以极性转换触发时刻为基准，根据所述直流侧电压信号的方向变化，确定实际的直流极性转换时刻。

5、在其中一个实施例中，识别极性转换启动事件，包括：从同步后的换流控制信号中提取控制状态参数，并按时间顺序构建控制状态时间序列；根据相邻时刻控制状态的变化，生成状态迁移序列；将所述状态迁移序列与预设的极性转换状态迁移模型进行匹配，当所述状态迁移序列符合所述模型所表征的由非极性转换状态经准备状态进入执行状态的变化路径时，判定为有效极性转换状态迁移，否则判定为控制扰动并予以剔除；根据所述有效极性转换状态迁移的发生时间，确定所述极性转换启动事件。

6、在其中一个实施例中，以极性转换触发时刻为基准，根据所述直流侧电压信号的方向变化，确定实际的直流极性转换时刻，包括：以所述极性转换触发时刻为基准建立分析时间窗口，提取所述时间窗口内的直流侧电压数据；根据所述时间窗口内的电压方向变化，识别极性转换对应的电压方向变化区间，并在所述区间内确定电压极性反转候选时刻；根据所述极性转换触发时刻与所述极性反转候选时刻之间的时间间隔，对所述极性反转候选时刻进行有效性校验；当所述时间间隔符合预设极性转换响应时间范围，且所述电压在所述极性反转候选时刻之后保持新的电压方向时，将所述极性反转候选时刻确定为所述直流极性转换时刻。

7、在其中一个实施例中，采集绝缘响应信号，包括：以所述直流极性转换时刻为基准，建立用于采集绝缘响应信号的时间窗口，所述时间窗口包含位于所述直流极性转换时刻之后的延迟时间段，所述延迟时间段用于避开极性转换产生的暂态干扰；在所述时间窗口内，采集换流变压器极性转换后的绝缘响应信号；对采集的所述绝缘响应信号进行时间同步标定，使各采样点与空间电荷释放过程的实际时间相对应。

8、在其中一个实施例中，获取残余空间电荷释放响应曲线，包括：对采集的绝缘响应信号进行预处理，获得有效绝缘响应信号；对所述有效绝缘响应信号进行多时间尺度响应分解，获得多个不同衰减时间尺度对应的响应分量；根据各响应分量的衰减特征，筛选出符合残余空间电荷释放特性的候选分量；基于空间电荷释放约束的绝缘响应等效模型，对所述候选分量进行物理约束修正，获得残余空间电荷释放响应电流；根据所述残余空间电荷释放响应电流，通过电荷量积分关系获取残余空间电荷释放响应曲线。

9、在其中一个实施例中，提取所述残余空间电荷释放响应曲线中的特征参数，包括：对残余空间电荷释放响应曲线进行时间基准校准处理，根据校准后的响应曲线获取残余空间电荷初始量，并对所述响应曲线进行幅值归一化处理，获得标准化响应曲线；根据所述标准化残余空间电荷释放响应曲线，建立基于衰减模型的空间电荷释放时间常数，所述时间常数通过拟合所述响应曲线的衰减过程获得；根据所述标准化残余空间电荷释放响应曲线，计算单位时间内的空间电荷释放量变化率，获得空间电荷释放速率；以残余空间电荷初始量、空间电荷释放时间常数和空间电荷释放速率构成残余空间电荷释放特征参数集合。

10、在其中一个实施例中，特征参数的变化趋势获取方法，包括：获取连续多个极性转换周期对应的残余空间电荷释放特征参数，按照时间先后顺序建立绝缘恢复能力特征序列；对所述特征序列中各特征参数进行归一化处理，获得标准化特征参数；根据所述标准化特征参数，结合各特征参数对应的权重系数，构建各极性转换周期的初始绝缘恢复能力评价指标，并计算绝缘恢复能力变化趋势。

11、在其中一个实施例中，判定换流变压器的绝缘老化状态，包括：获取各极性转换周期对应的运行工况参数，并与所述残余空间电荷释放特征参数进行时间关联；根据换流变压器正常绝缘状态下的运行数据，建立运行工况对空间电荷释放特征参数的影响映射模型；根据所述影响映射模型计算当前运行工况下的特征参数偏移量，并对所述标准化特征参数进行补偿修正；根据补偿修正后的特征参数重新计算绝缘恢复能力变化趋势；根据所述补偿修正后的绝缘恢复能力变化趋势与预设趋势阈值的比较结果，确定换流变压器的绝缘老化状态等级。

12、第二方面，本技术提供了基于换流变压器生产的绝缘老化监测系统，该系统包括：极性转换时刻识别模块，用于获取换流变压器运行时的直流侧电压信号和换流控制信号，根据换流控制信号确定极性转换触发时刻，并以该触发时刻为基准，依据直流侧电压信号的方向变化确定直流极性转换时刻；曲线获取模块，用于在所述直流极性转换时刻之后，采集绝缘响应信号，获取残余空间电荷释放响应曲线；特征提取模块，用于提取所述残余空间电荷释放响应曲线中的特征参数；绝缘老化状态评估模块，用于根据连续多个极性转换周期中所述特征参数的变化趋势，判定换流变压器的绝缘老化状态。

13、从以上技术方案可以看出，本技术具有以下优点：

14、通过利用换流变压器运行过程中的直流侧电压信号和换流控制信号，准确确定极性转换过程的实际时间基准，并基于极性转换后的绝缘响应信号获取残余空间电荷释放响应曲线，从而能够直接表征绝缘介质在极性反转后的电荷消散恢复过程；进一步通过提取空间电荷释放过程中的特征参数，并结合连续多个极性转换周期内特征参数的变化趋势进行绝缘老化状态判断，避免了单次检测结果受瞬态运行波动影响导致的误判，提高了绝缘状态评估的可靠性和稳定性。相比于传统依靠停电试验或单一电气参数监测的方法，该方案能够利用换流变压器在线运行过程中的极性转换事件作为激励条件，实现对绝缘性能退化趋势的持续监测，为换流变压器绝缘老化早期预警和状态检修提供有效依据。