[发明专利]一种油纸绝缘套管芯体的介电参数多分区反演方法

说明书

本发明涉及一种油纸绝缘套管芯体的介电参数多分区反演方法，属于电气技术领域。通过实验获取温度、水分分布对套管介电响应影响规律，并将套管芯体分为不同的区域，建立套管芯体多分区的有限元介电响应逆问题模型，并反演各分区的介电变量，从而获得套管芯体各区域的受潮情况。本发明所提出的方法能够根据多介质复合绝缘的整体介电响应反推得出其中每种介质单独的介电变量，能够弥补现有介电响应技术在应用中仅能得到整体介电响应，无法获知每部分单独介电特性的问题。

技术领域

本发明属于电气技术领域，涉及一种油纸绝缘套管芯体的介电参数多分区反演方法。

背景技术

油纸绝缘套管是电网中使用较多的一类高压设备。套管中的油纸绝缘主体受潮将严重影响其安全稳定运行。受潮将导致严重的后果，例如加速绝缘纸老化、降低介电强度、产生气泡造成放电等。频域介电响应(Frequency Domain Spectroscopy,FDS)是一种近年来应用广泛的油纸绝缘无损受潮诊断方法，现有研究大多采用实验方法，初步建立了绝缘纸中的水分含量质量分数与介电响应各特性量之间的数值关联关系。但是，在介电响应技术的应用实践中，这些在实验室基于油纸绝缘样本得出的关系式却难以真正用于推断套管的微水含量信息，其原因在于套管是具有一定空间几何结构的实际设备，其内部的温度、水分必然具有非均匀分布特性，而套管仅能测得导杆与末屏之间的全局介电响应，其由油浸纸微观的介电响应特性及分布特性共同决定，存在固有的空间“平均效应”。因此，直接根据全局介电响应，并套用油纸绝缘样本的水分-介电关系式进行套管芯体的水分含量评估，其结果是不准确的。如何根据套管的介电响应，逆向解析获得其油纸绝缘芯体中的水分分布信息，是工程实际应用中的难点。

本发明针对这一问题，提出一种根据套管频域介电响应FDS，逆向解析套管芯体微水非均匀分布情况的方法。首先，通过实验获取温度、水分分布对套管FDS的影响规律，并将套管芯体分为不同的区域，建立套管芯体多分区的有限元介电响应逆问题模型，并反演各分区的介电变量，从而获得套管芯体各区域的受潮情况。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种油纸绝缘套管芯体的介电参数多分区反演方法。通过实验获取温度、水分分布对套管介电响应影响规律，并将套管芯体分为不同的区域，建立套管芯体多分区的有限元介电响应逆问题模型，并反演各分区的介电变量，从而获得套管芯体各区域的受潮情况。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种油纸绝缘套管芯体的介电参数多分区反演方法，该方法包括以下步骤：

S1：设计一个对应于真实套管的油纸绝缘套管模型，该套管模型的多个芯体极板带有引出端子，直接和外界测量装置相连；同时，采用多物理场分析软件，建立该套管模型的有限元分析模型；

S2：将套管模型中的芯体进行人工吸潮处理，得到具有不同水分分布的电容芯子；

S3：将电容芯子的导杆与大电流发生器相连，使得套管导杆流过不同大小的电流，用以模拟真实套管在运行中承受的负荷电流，并将套管置于可控温的温度箱中；通过调节负荷电流大小及温度箱的温度，控制套管中产生不同的温度场分布；

S4：采用介电响应测试仪，对S2制备的具有不同水分分布的电容芯子，在S3设定的温度分布情况下，在套管的全局端口进行频域介电响应FDS测量，分析不同的水分及温度分布对套管全局介电响应的影响规律；

S5：以电容芯体中的电容极板为分区，将电容芯体的引出端子进行排列组合，组成一系列n个子端口，分别测量各子端口的介电响应；

S6：对应于S4的全局端口，以及S5组合而成的各子分区端口，基于修正的Cole-Cole模型参量分别构建各自的介电变量集X_n：[ε_∞，Δε，τ，σ，σ_ho，γ]，并采用该变量集对芯体全域，以及每一子分区的复介电常数进行表达：