[发明专利]一种油浸式高压套管水分侵入点的测试方法

摘要

由于生产工艺缺陷或安装不当导致油浸式高压套管外绝缘发生损伤，使得环境中的水分从损伤部位源源不断地侵入，目前套管的介质损耗角正切值及电容量测试均只能评估套管内绝缘的整体受潮状态，而无法对套管的水分侵入点进行判断。本发明公开了一种油浸式高压套管水分侵入点的测试方法，根据本发明公开的测试方法，获取不同水分侵入点、不同水分浓度、不同温度下的隐马尔科夫模型参数，根据测试的频域介电谱曲线利用混合蛙跳算法计算出套管不同水分侵入点的概率，从而能有效测试出油浸式高压套管的水分侵入点。

主权项

1.一种油浸式高压套管水分侵入点的测试方法，其特征在于包括以下步骤：第一步：基准量获取对需诊断的油浸式套管的同型号全新套管获取绝缘结构参数及介电谱测试，频率f范围为10‑3～103Hz，获取套管的基准介电谱介损曲线F0(f)；第二步：特征提取使用Havriliak‑Negami介电弛豫模型对频域介电谱曲线进行解析获取介电参数，包括高频介电常数ε∞、弛豫时间常数τ、形状参数α、形状参数β、弛豫强度Δε，Havriliak‑Negami介电弛豫模型为：式中，ω为角频率，其表达式为ω＝2πf,j为虚数单位，形状参数α、β的取值范围均为[0,1]，Δε表达式为Δε＝εs‑ε∞，εs表示静态介电常数，ε(ω)为相对介电常数，其表达式为ε(ω)＝ε′(ω)‑jε″(ω)，ε′(ω)为相对介电常数实部，ε″(ω)为相对介电常数虚部，ε″(ω/2π)/ε′(ω/2π)为介电谱介损曲线；计算频域介电谱曲线相对面积差ΔS：式中，F1(f)为频域介电谱测试或仿真曲线；第三步：模型参数初始化将水分含量范围在[0,0.5)、[0.5,1)、[1,2)、[2,4)、[4,5)、[5,10)分别标记为受潮状态1、2、3、4、5、6；根据第一步的绝缘结构参数，油浸式套管内绝缘有p层极板，将每一层极板均分为q个区域，对每个区域中间位置的水分含量进行状态标记，第k区域的受潮状态为sk，其中k＝1,2，…，pq；模型水分侵入点为套管外绝缘的油枕、末屏、法兰及上瓷套部位，侵入温度为20℃、30℃、…、70℃，外部水分浓度为4％、4.5％、…、10％；高频介电常数ε∞、弛豫时间常数τ、形状参数α、形状参数β、弛豫强度Δε、相对面积差ΔS作为模型的观测向量，则模型的第n次观测向量为vn＝[ε∞，Δε，α，β，τ，ΔS]n，将套管内绝缘的受潮状态分布作为模型的状态向量，第n时刻模型的状态向量为Sn＝[s1,s2,…,spq]n，对隐马尔科夫模型进行初始化，初始参数为：模型的状态数量为13，模型的观察向量数量14，状态转移概率矩阵M，观测概率分布B，初始状态分布O，其中矩阵M所有元素均初始化取值为1/13，矩阵B、O所有元素均初始化取值为1/14，初始的隐马尔科夫模型参数为λ＝{O，M，B}；第四步：参数训练根据套管绝缘结构参数在有限元仿真软件中建立套管水分扩散模型及频域介电谱仿真模型，得到不同水分侵入点、不同外部水分浓度、不同温度下的套管内绝缘水分状态分布及频域介电谱仿真曲线，根据第二步对频域介电谱仿真曲线进行特征提取后得到状态向量和观测向量，对状态向量和观测向量使用K‑means聚类方法分别分为13、14个类，根据第三步初始化的参数，使用Baum‑Welch算法对隐马尔科夫模型参数λ不断进行更新得到不同水分侵入点、不同外部水分浓度、不同温度下的模型参数λc，c＝1，2，…，312，c的排序不能更改；第五步：输出概率计算经过上述步骤训练好模型后，对被测套管进行频域介电谱测试，被测套管频域介电谱测试曲线为F2(f)，根据第二步对F2(f)进行特征提取，得到观察向量v0＝[ε∞，Δε，α，β，τ，ΔS]0，利用混合蛙跳算法进行迭代计算最大输出概率对应的模型参数λc0，混合蛙跳算法迭代过程如下：1)初始化青蛙种群及相关参数，初始生成312只青蛙，随机分为4个子群，根据维特比算法计算的输出概率作为青蛙的适应度，具有全局最好适应度的解为Pg；对于每一个子群，具有最好适应度的解为Pb，最差适应度的解为Pw；2)青蛙个体进行迭代操作，迭代策略为：Pwnew＝Pw+2rand()*(Pb‑Pw)    (3)其中，Pwnew为最差适应度的青蛙个体更新后的解，rand()表示0和1之间的随机数；3)如果最差适应度的青蛙个体更新后的解Pwnew优于Pw，则取代Pw，否则用Pg代替公式(3)中的Pb执行更新策略，如果仍未优于Pw，则用一个随机产生的解取代Pw；4)将各子群中的青蛙混合在一起，重新随机分组，重复过程1)‑3)，直至适应度最优解不再变化为止，则结束迭代，输出λc0值；第六步：侵入点位置判定根据模型参数λc0求出c0值，根据c0的排序判定水分侵入点的位置。