直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法及系统与流程

1.本发明涉及电介质累积效应评估技术领域，具体而言，涉及直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法及系统。


背景技术：

2.电力设备在运行生命周期内会遭受多次冲击电压作用(包括雷电冲击和操作冲击)，已有大量现场故障和研究表明，在冲击电压作用下，电力设备的电介质会发生绝缘加速老化，从而导致电介质绝缘性能降低，该现象被称为电介质的累积效应。电介质耐受冲击电压次数和冲击电压幅值之间的关系由u-n特性曲线进行描述。获得电介质的累积效应u-n特性是对电介质在冲击电压下进行寿命评估，优化电力设备绝缘配合，预防电力设备绝缘异常失效的重要基础研究。
3.目前，对电介质累积效应的研究主要是在电介质上施加多次冲击电压，该试验方法对于传统交流系统的设备是适用的，但是随着我国高压直流输电技术的发展，直流电力设备大量投入使用。直流电力设备和交流电力设备相比，正常工况下在直流电压下运行，直流电压的长期作用会给电介质内部注入空间电荷，从而影响电介质内部电场分布，因此，在此条件下，继续采用传统的方法，在直流电压下，对绝缘电介质的累积效应进行评估，会造成评估结果差，评估不准确。
4.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是现有技术中，通过传统方法对在直流电压作用下，绝缘电介质的累积效应评估不准确，目的在于提供直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法及系统，增加了对绝缘电介质累积效应评估的准确性。
6.本发明通过下述技术方案实现：
7.直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法，方法步骤包括：
8.s1：搭建电介质直流叠加冲击试验电路模型；
9.s2：获取绝缘电介质对应电气设备运行所受到的最大直流偏置电压与最小直流偏置电压；
10.s3：将所述最小直流偏置电压作用于绝缘电介质上，并通过所述直流叠加冲击试验电路模型对所述绝缘电介质进行叠加冲击电压试验，获得在该直流偏置电压下的电介质累积效应u-n特性曲线；
11.s4：以δudc为步长增加直流偏置电压，重复步骤s2，获得在不同偏置电压下电介质累积效应的u-n特性曲线，直到偏置电压的值达到所述最大偏置电压的值；
12.s5：将在不同偏置电压下的电介质累积效应获得的u-n特性曲线进行拟合分析，获得偏置电压对所述电介质累积效应的评估标准。
13.传统的在对绝缘电介质的累积效应影响进行评估的时候，通常采用的是在绝缘电
介质在世家多次冲击电压，来进行评估，但是该方法适用于对交流电力设备上进行评估，当电力设备为直流电力设备的时候，继续采用这种方法对绝缘电介质的累积效应进行评估，会造成评估结果差，评估不准确的情况出现，本发明提供了直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法，通过直流叠加冲击电压的方法，对绝缘电介质在不同直流偏置电压下的累积特性进行试验，获得直流偏置电压对绝缘电介质累积效应的影响规律，从而对其在实际运行直流电压下的绝缘特性进行准确评估。
14.优选地，所述直流叠加冲击试验电路模型包括：冲击电压发生器、直流电压发生器、试验油杯以及分压器；所述冲击电压发生器的高压端通过电容与所述试验油杯的高压端连接，所述冲击电压发生器的低压端接地连接；所述直流电压发生器的高压端通过电阻与所述试验油杯的高压端连接，所述直流电压发生器的低压端节点连接；所述分压器并联在所述试验油杯上，所述试验油杯的低压端接地连接。
15.优选地，所述在该直流偏置电压下的电介质累积效应u-n特性曲线具体获得的步骤包括：
16.s31：采用升压降压法，测试绝缘电介质在该直流偏置电压作用下的50％冲击击穿电压，并记录冲击电压峰值u0；
17.s32：将冲击电压峰值u0作为基准电压，反复作用于试验油杯，直至绝缘电介质被击穿，记录此时冲击电压作用次数，并重复步骤s32，计算在该冲击电压的作用下，绝缘电介质被击穿的冲击次数的平均值；
18.s33：以δu为步长降低冲击电压，重复步骤s32，获得对应冲击电压下的击穿次数平均值；
19.s34：若击穿次数平均值小于10000，则重复步骤s33，若击穿次数平均值大于10000，则停止试验；
20.s35：根据得到的冲击电压幅值和其对应的击穿次数平均值，以电压为纵坐标，以次数为横坐标进行拟合，获得u-n特性曲线。
21.优选地，所述步骤s32中，相邻两次冲击电压作用于绝缘电介质上的时间间隔不小于60s。
22.优选地，所述最小直流偏置电压作用于绝缘电介质上30min～60min后，开始进行叠加冲击电压试验。
23.优选地，所述δudc的具体表达式为：
24.δudc＝(udcmax-udcmin)/k
25.udcmax为最大偏置电压，udcmin为最小偏置电压，k为划分的电压个数，且k＝5～10。
26.优选地，所述评估方法步骤还包括：通过获得的u-n特性曲线，判断所述绝缘电介质是否失效，具体判断步骤包括：
27.采用三维曲面拟合方法对所述u-n特性曲线进行处理，获得在直流偏置电压的作用下，绝缘电介质击穿次数和冲击电压幅值之间的关系；
28.在该直流偏置电压作用下，当绝缘电介质受到一次幅值为ui的冲击电压时，获得绝缘电介质耐受冲击电压的次数ni；进而可以得到剩余寿命百分比；
29.判断该百分比是否小于预设阈值，若小于，则绝缘电介质发出电介质失效预警信
号，所述预设阈值为绝缘电介质发生失效的次数占比临界阈值。
30.优选地，所述评估标准的具体表达式为：
31.n＝f(u,udc)
32.u为电介质受到的冲击电压的峰值，n为电介质可以耐受的冲击电压次数，udc为电介质实际直流偏置电压。。
33.本发明还提供了直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估系统，包括模型构建模块、数据获取模块、第一曲线构建模块、第二曲线构建模块以及评估模块，
34.所述模型构建模块，用于搭建电介质直流叠加冲击试验电路模型；
35.所述数据获取模块，用于获取绝缘电介质对应电气设备运行所受到的最大直流偏置电压与最小直流偏置电压；
36.所述第一曲线构建模块，用于将所述最小直流偏置电压作用于绝缘电介质上，并通过所述直流叠加冲击试验电路模型对所述绝缘电介质进行叠加冲击电压试验，获得在该直流偏置电压下的电介质累积效应u-n特性曲线；
37.所述第二曲线构建模块，用于以δudc为步长增加直流偏置电压，循环输入所述第一曲线构建模块中，获得在不同偏置电压下电介质累积效应的u-n特性曲线，直到偏置电压的值达到所述最大偏置电压的值；
38.所述评估模块，用于将在不同偏置电压下的电介质累积效应获得的u-n特性曲线进行拟合分析，获得偏置电压对所述电介质累积效应的评估标准。
39.本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如上所述的评估方法。
40.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
41.本发明实施例提供的直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法及系统，通过直流叠加冲击电压的方法，对绝缘电介质在不同直流偏置电压下的累积特性进行试验，获得直流偏置电压对绝缘电介质累积效应的影响规律，从而对其在实际运行直流电压下的绝缘特性进行准确评估。
附图说明
42.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
43.图1为评估方法流程示意图
44.图2为实验电路模型示意图
45.图3为实验油杯结构示意图
46.图4为无直流偏置电压下的u-n特性曲线图
47.图5为不同直流偏置电压下的u-n特性曲线图
48.图6为评估系统示意图
具体实施方式
49.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
50.在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
51.在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
52.在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
53.实施例一
54.本实施例公开了直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法，如图1所示，方法步骤包括：
55.s1：搭建电介质直流叠加冲击试验电路模型；
56.如图2所示，所述直流叠加冲击试验电路模型包括：冲击电压发生器、直流电压发生器、试验油杯以及分压器；所述冲击电压发生器的高压端通过电容与所述试验油杯的高压端连接，所述冲击电压发生器的低压端接地连接；所述直流电压发生器的高压端通过电阻与所述试验油杯的高压端连接，所述直流电压发生器的低压端节点连接；所述分压器并联在所述试验油杯上，所述试验油杯的低压端接地连接。
57.如图3所示，试验油杯包括1、气压表；2、充气口；3、油杯外壁；4、放油口；5、绝缘底座；6、内部空间；7、绝缘介质支架；8、低压电极；9、高压电极；10、放气口；11、高压绝缘套管；12高压引出端；13、低压引出端。冲击电压发生器高压端串联隔离电容后接试验油杯高压端，冲击电压发生器另一端和试验油杯另一端接地；直流电压发生器高压端串联限流电阻后接试验油杯高压端，直流电压发生器另一端接地；分压器与试验油杯并联。绝缘电介质位于试验油杯的高压电极、低压电极之间，且浸没在液体绝缘浸渍剂中。
58.s2：获取绝缘电介质对应电气设备运行所受到的最大直流偏置电压udcmax与最小直流偏置电压udcmin；
59.s3：将所述最小直流偏置电压作用于绝缘电介质上，并通过所述直流叠加冲击试验电路模型对所述绝缘电介质进行叠加冲击电压试验，获得在该直流偏置电压下的电介质累积效应u-n特性曲线；所述最小直流偏置电压作用于绝缘电介质上30min～60min后，开始进行叠加冲击电压试验。所述在该直流偏置电压下的电介质累积效应u-n特性曲线具体获
得的步骤包括：
60.s31：采用升压降压法，测试绝缘电介质在该直流偏置电压作用下的50％冲击击穿电压，并记录冲击电压峰值u0；
61.s32：将冲击电压峰值u0作为基准电压，反复作用于试验油杯，直至绝缘电介质被击穿，记录此时冲击电压作用次数，并重复步骤s32，计算在该冲击电压的作用下，绝缘电介质被击穿的冲击次数的平均值；相邻两次冲击电压作用于绝缘电介质上的时间间隔为60s。
62.将u0作为基准电压，并以δu为步长降低冲击电压发生器的输出电压，δu为5％-15％um，在冲击电压发生器的输出电压u1＝u0-δu下，将冲击电压反复作用于试验油杯，直至绝缘电介质击穿，记录此时冲击电压作用次数n1，重复此步骤10次，获得一系列冲击电压作用次数n1，n2，
…
，n10，取其平均值记为n1；其中，每一次冲击电压之间的时间间隔大于60s；
63.s33：以δu为步长降低冲击电压，重复步骤s32，获得对应冲击电压下的击穿次数平均值，继续降低冲击电压发生器输出电压为u2＝u0-2δu，重复步骤s32，得到此时的击穿次数平均值n2；
64.s34：若击穿次数平均值小于10000，则重复步骤s33，若击穿次数平均值大于10000，则停止试验；
65.s35：根据得到的冲击电压幅值和其对应的击穿次数平均值，以电压为纵坐标，以次数为横坐标进行拟合，获得u-n特性曲线。
66.根据得到的一系列冲击电压幅值(u1,u2,...,un)和其对应的击穿次数(n1，n2,...,nn)，以冲击电压幅值为纵坐标，以次数为横坐标，采用数据拟合方法，可以得到一条u-n特性曲线
67.s4：以δudc为步长增加直流偏置电压，重复步骤s2，获得在不同偏置电压下电介质累积效应的u-n特性曲线，直到偏置电压的值达到所述最大偏置电压的值；，改变直流偏置电压udc＝udcmin
△
udc，重复s3～s4，得到不同偏置电压下电介质累积效应u-n特性曲线，直至udc＝udcmax。
68.所述δudc的具体表达式为：
69.δudc＝(udcmax-udcmin)/k
70.udcmax为最大偏置电压，udcmin为最小偏置电压，k为划分的电压个数，且k＝5～10。
71.s5：将在不同偏置电压下的电介质累积效应获得的u-n特性曲线进行拟合分析，获得偏置电压对所述电介质累积效应的评估标准。
72.所述评估方法步骤还包括：通过获得的u-n特性曲线，判断所述绝缘电介质是否失效，具体判断步骤包括：
73.采用三维曲面拟合方法对所述u-n特性曲线进行处理，获得在直流偏置电压的作用下，绝缘电介质击穿次数和冲击电压幅值之间的关系；
74.在该直流偏置电压作用下，当绝缘电介质受到一次幅值为ui的冲击电压时，获得绝缘电介质耐受冲击电压的次数ni；进而可以得到剩余寿命百分比；
75.判断该百分比是否小于预设阈值，若小于，则绝缘电介质发出电介质失效预警信号，所述预设阈值为绝缘电介质发生失效的次数占比临界阈值。
76.在得到不同直流偏置电压下的u-n特性曲线后，通过三维曲面拟合可以得到电介质击穿次数n和冲击电压幅值ui和直流偏置电压udc之间的关系：ni＝f(ui,udc)；当电介质在udc的直流偏置电压下受到一次幅值为ui的冲击电压时，可以得出电介质耐受此直流偏置电压下的冲击电压次数为ni；电介质的初始寿命为1，则此时电介质的寿命减少为1-ni；通过查询该直流电压下的u-n特性曲线可以得到对应的耐受次数的预估值，从而能对电介质击穿进行预警，当电介质的剩余寿命低于50％时，则发出预警信号，剩余寿命低于20％时，发出警告信号，电介质应避免继续使用。
77.所述评估标准的具体表达式为：
78.n＝f(u,udc)
79.u为电介质受到的冲击电压的峰值，n为电介质可以耐受的冲击电压次数，udc为电介质实际直流偏置电压。本实施例中，具体为：u＝a
×
nb c*(udc-udcmin)，a、b、c为常数，a、b、c取值由电介质自身特性、测试对象的厚度、测试对象的层数决定。
80.具体实施过程：
81.油纸绝缘是电力系统常见绝缘介质，针对油纸绝缘开展试验。首先，针对测试对象获得直流偏置电压最大值udcmax和最小值udcmin，测试结果表明测试对象的直流偏置电压最大值为30kv，最小值为10kv，选取电压步长为10kv，首先测试10kv下的电介质累积效应，得到一系列冲击电压幅值和对应击穿次数，如表1所示，测试结果如图4所示。
82.表1冲击电压幅值和击穿次数
[0083][0084]
以10kv为步长，升高直流偏置电压，即可得到不同直流偏置电压下的u-n特性曲线，如图5所示。根据图5所示的不同直流偏置电压下的累积效应特性曲线，即可结合设备的直流偏执电压和受到的冲击电压次数用于评估电力设备的绝缘寿命情况。
[0085]
本实施例公开的直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估方法，能够对工作在直流电压的电力设备内部电介质累积效应进行准确测试，填补有关测试方法的空白；根据本发明获得的电介质在直流偏置电压下的累积效应，相比较无直流电压下的累积效应，能够更加准确反映电介质特性，从而在进行电介质性能评估、预警时更加准确。
[0086]
实施例二
[0087]
本实施例公开了直流偏置电压对电介质累积效应影响的评估系统，如图6所示，本实施例是为了实现如实施例一中的评估方法，包括模型构建模块、数据获取模块、第一曲线构建模块、第二曲线构建模块以及评估模块，
[0088]
所述模型构建模块，用于搭建电介质直流叠加冲击试验电路模型；
[0089]
所述数据获取模块，用于获取绝缘电介质对应电气设备运行所受到的最大直流偏置电压与最小直流偏置电压；
[0090]
所述第一曲线构建模块，用于将所述最小直流偏置电压作用于绝缘电介质上，并
通过所述直流叠加冲击试验电路模型对所述绝缘电介质进行叠加冲击电压试验，获得在该直流偏置电压下的电介质累积效应u-n特性曲线；
[0091]
所述第二曲线构建模块，用于以δudc为步长增加直流偏置电压，循环输入所述第一曲线构建模块中，获得在不同偏置电压下电介质累积效应的u-n特性曲线，直到偏置电压的值达到所述最大偏置电压的值；
[0092]
所述评估模块，用于将在不同偏置电压下的电介质累积效应获得的u-n特性曲线进行拟合分析，获得偏置电压对所述电介质累积效应的评估标准。
[0093]
实施例三
[0094]
本实施例公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例一中的评估方法。
[0095]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0096]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序发布指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序发布指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的发布指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0097]
这些计算机程序发布指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的发布指令产生包括发布指令装置的制造品，该发布指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0098]
这些计算机程序发布指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的发布指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0099]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。