基于参数辨识的回复电压极化谱计算及主时间常数的提取

摘要

油纸绝缘变压器中微量水分的存在，对绝缘介质的电气性能和机械强度都有很大危害，会加速固体绝缘的老化，因此，准确评估变压器固体绝缘中的水分含量具有重要的研究价值。基于介电响应原理的回复电压法，是一种现场检测变压器油纸绝缘状态的无损诊断方法，其中极化谱的主时间常数与绝缘介质中的水分含量存在密切关系，能够有效评估变压器绝缘纸的受潮状态。然而，回复电压极化谱受水分、老化和温度等诸多因素的影响，往往得到的极化谱并非具有单一峰值，如极化谱为平顶波形时，此时该方法难以确定主时间常数，进而影响水分含量的评估，因此在测量的回复电压数据的基础上，进一步研究主时间常数值的确定方法具有重要意义。
　　本文首先研究了回复电压极化谱的影响因素，分析了回复电压Urmax与试验时的响应函数、极化电压、充放电时间、被试绝缘的直流电导率σ、相对介电常数εr之间的关系，并通过试验研究了油纸绝缘在不同充电电压下的回复电压极化谱曲线和不同充放电时间比下的回复电压极化谱，验证充电电压和充放电时间比的参数设置以及油纸绝缘自身状态均会导致测试的回复电压极化谱顶部平坦，主时间常数模糊不易确定。为了解决这一问题，论文提出利用等值电路模型计算回复电压的方法，获取连续极化谱来确定主时间常数的思路。
　　本文利用试验测量获得的回复电压峰值和回复电压初始斜率建立辨识等值电路参数的非线性方程组，并提出基于混合蛙跳算法求解非线性方程组的未知等值电路参数的方法，通过两台变压器的辨识结果表明，与粒子群算法相比，由混合蛙跳算法辨识的电路参数计算获得的回复电压值与测量值具有更高的重合度，并且能够准确的反映变压器油纸绝缘状态。然后在获得等值电路参数的基础上，计算不同充放电循环下回复电压值，利用分段3次Hermit插值对回复电压极化谱进行插值计算，获得连续极化谱来得到准确的主时间常数；在深入研究回复电压测量过程中等值电路所满足的基尔霍夫方程，通过对回复电压进行一次线性非齐次方程求解的方法，建立了回复电压与充放电时间的函数关系，通过该函数关系可以得到不同充放电时间下的回复电压曲线，进而也可仿真出连续的回复电压极化谱，并确定主时间常数的位置。最后通过对两台已投入实际运行的变压器进行回复电压极化谱的测量，并结合混合蛙跳算法、连续极化谱计算的两种方法，验证了主时间常数确定方法的可行性和可信度。

目录

声明

选题的依据与意义

国内外文献资料综述

1 绪论

1.1 油纸绝缘诊断的研究背景和意义

1.2 油纸绝缘的受潮状态评估研究现状

1.3 回复电压测试方法的研究现状

1.4 本文的主要研究内容

2 主时间常数的影响因素分析

2.1 油纸绝缘的极化特性

2.2 RVM谱的影响理论分析

2.3 现场测试的主时间常数特性分析

2.4 本章小结

3 基于混合蛙跳算法的扩展Debye等值电路参数辨识

3.1 扩展Debye等值电路辨识的数学建模

3.2 混合蛙跳算法的基本原理

3.3 参数辨识实例

3.4 本章小结

4 基于扩展Debye等值电路参数的主时间常数求解

4.1 等值电路模型的常规回复电压推导

4.2 基于分段3次Hermit插值的连续极化谱计算

4.3 基于一次线性非齐次方程的回复电压公式推导

4.4 基于参数辨识的主时间常数提取实例

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 论文工作总结

5.2 研究展望

参考文献

后记

附录：攻读硕士学位期间发表的部分学术论文