技术领域
本发明涉及电气设备故障诊断技术领域，更具体地，涉及一种基于FDS和指数衰减模型的变压器油纸绝缘水分评估方法。
背景技术
油纸绝缘系统作为油浸式电力变压器高压绝缘系统的主要组分，其良好的绝缘性能是变压器乃至整个电力系统有效运行的基础。众所周知，通过更换油或过滤油可以解决绝缘油的劣化，但针对绝缘纸的劣化目前还未提出有效措施。由此可知，变压器的服役寿命主要受油纸绝缘的绝缘状态影响。而绝缘系统中过量的水分会严重影响绝缘性能，并带来包括加速老化速率、缩短绝缘寿命和降低局部放电起始电压等一系列后果。因此，准确评估变压器油纸绝缘的水分含量对电网系统运行的稳定性和安全性具有重要意义。
传统地，采用卡尔费休滴定法(KFT)直接测纸样水分，是需对变压器进行吊罩取样从而破坏变压器绝缘结构，在工程上被认为是不切实际的。相反，利用纤维素-水吸附等温曲线可以在不破坏纤维素绝缘的情况下获得内部的水分，但考虑到温度、平衡时间等各种因素，其不确定性可高达200％。近些年，对变压器油纸绝缘系统无损可靠评估需求推动了介电响应技术的发展。FDS技术作为其中之一，因其具备较强的抗干扰能力、曲线携带绝缘信息丰富且容易消除温度影响，而被认为是研究油纸绝缘系统含水量有力工具。
以往研究中也有借助FDS技术评估油纸绝缘含水量的方法，可这些方法大多依赖于有限的样本数量而导致评估精度不高、通用性不强。因此需要采用一个统一的模型来模拟FDS数据，实现由小样本数据拓展到多曲线数据库，从而实现未知样本的FDS数据比对，以此数据库来判断变压器油纸绝缘的水分状态。
发明内容
本发明目的在于提出一种基于FDS和指数衰减模型的变压器油纸绝缘水分评估方法，从而解决现有借助FDS技术评估油纸绝缘含水量的方法评估精度不高的缺陷。
为达到上述目的，本发明提出一种基于FDS和指数衰减模型的变压器油纸绝缘水分评估方法，包括以下步骤：
S1，获取水分含量不同的多个油浸绝缘纸板；
S2，分别对多个所述油浸绝缘纸板进行FDS试验获得复介电常数实部曲线且分别进行水分检测获取含水量；
S3，通过含参指数衰减函数对所述复介电常数实部曲线进行拟合处理，得到每个所述油浸绝缘纸板对应的拟合曲线和拟合参数；
S4，将所述拟合参数与含水量作为自变量分别进行描点拟合，以得到每个所述拟合参数和含水量间的关系图形和拟合方程；
S5，将得到的多个所述拟合方程代入含参指数衰减函数中以得到指数衰减模型；
S6，利用所述指数衰减模型预测出任意含水量下的复介电常数实部曲线，以构造FDS模拟曲线库；
S7，将待识别油浸绝缘纸板的测量复介电常数实部曲线代入所述FDS模拟曲线库进行比对，从而评估所述油浸绝缘纸板的含水量。
优选的，上述技术方案中，步骤S3中的含参指数衰减函数为：
式(1)中，ε′(ω)为复介电常数实部，n取自然数，n＝0,1…∞，表示函数阶数；ω＝2πf，是角频率；Ψ
优选的，上述技术方案中，步骤S4中的拟合方程是指建立拟合参数(Ψ
其中，mc％为含水量。
优选的，上述技术方案中，步骤S5中指数衰减模型具体为：
对式(4)进行调整，即等式两边变量取对数，即指数衰减模型的数学表达式有：
优选的，上述技术方案中，步骤S6中的所述FDS模拟曲线库指由指数衰减模型预测出具备一定梯度含水量下的所述复介电常数实部曲线后组合而成。
本发明的有益效果：
本发明通过引进指数衰减模型来模拟FDS曲线，克服了以往基于频域介电响应技术的水分评估方法的不足，将有限的样本数据通过统一的模型进行模拟，通过模型参数与水分的定量关系拓展了模型参数的取值，达到了预测FDS曲线的目的，进而构造出可用于油纸绝缘水分评估的多FDS曲线库。因此，通过此方法使得基于FDS技术的水分诊断具有无损、方便且准确的特点，有助于发现变压器油纸绝缘系统的潜在风险，可以根据设备的受潮情况合理安排检修，有助于设备使用率最优化，进而保证电力系统运行的可靠性、安全性、稳定性，更利于变压器的检修和维护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例和技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1本发明实施例的制备不同含水量油浸纸板和FDS测试的试验流程图。
图2本发明实施例的FDS测试装置的细节图。
图3本发明实施例的测量ε′(ω)的离散值和拟合曲线的对比图，其中第一个测量值和第一个拟合曲线的对应最下面一条曲线，依次类推。
图4a-图4g本发明实施例的计算所得拟合参量与水分的关系图。
图5本发明实施例中构造的FDS模拟曲线库。
图6本发明实施例的水分评估方法流程图。
图7a-图7c本发明实施例的贴近度计算结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例公开一种基于FDS和指数衰减模型的变压器油纸绝缘的水分评估方法，如图6所示，包括以下步骤：
步骤S1，对绝缘油、绝缘纸进行预处理和吸潮试验得到一组不同含水量的油浸绝缘纸板。
具体操作：先将绝缘纸板加工成圆盘状，均匀地放在干燥架上保持纸板与纸板间有足够的间隙。又取老化钢罐装一定的绝缘油(绝缘油与绝缘纸的取样参考比例：20/1)。将带有绝缘纸的干燥架和盛有绝缘油的老化钢罐一并放置于真空浸油箱，首先设置105℃/50Pa环境下真空干燥时间48h，干燥完成后，将干燥架浸入绝缘油中，再次设置60℃/50Pa的条件下真空浸油48h，预处理后即可得到水分含量很小的油浸绝缘纸板。为获得不同含水量的油浸纸板需进行吸潮试验，即将预处理后纸板的表面油擦净，放置于精密电子天平上吸潮，为加快吸潮速度，可添设加湿器提高空气湿度，当天平示数显示m时即代表达到期望受潮程度，具体计算公式：
m＝m
式中，m是期望水分的纸板重量，m
由此可获得一组具备不同水分含量的油浸绝缘纸板，为本实施例所用。
步骤S2，分别对多个油浸绝缘纸板进行FDS试验获得复介电常数实部ε′(ω)曲线且分别进行水分检测获取含水量。
具体的，在实验室利用三电极测试系统对步骤S1所得油浸绝缘纸板依次进行FDS测试以获得复介电常数实部ε′(ω)曲线。如图2所示，是含三电极测试单元的FDS测试装置的细节图，图中左侧为实物测试图，中间为实物测试图的剖视图，在剖视图中，1为恒温箱，2为高压电极，3为油纸绝缘样本，4为保护电极，5为测量电极，6为支座，7为变压器油，结构如图中所示。设置测量电压为AC200V～300V,测试频率为1×10
FDS测试结束后，需立马对样本进行水分测试，以保证测量出的曲线与测量水分值一一对应。本实例水分测试是依据IEC60814标准，利用卡尔费休水分测试仪来实现的。
图1是本实例的试验流程图，即展示了步骤S1和步骤S2。
步骤S3，通过含参指数衰减函数对所述复介电常数实部ε′(ω)曲线进行拟合处理，得到每个所述油浸绝缘纸板对应的拟合曲线和拟合参数(Ψ
已知一个通用的多阶含参指数衰减函数的数学表达式：
式中，n取自然数，n＝0,1…∞，表示函数阶数；ω＝2πf，是角频率；Ψ
拟合处理后，得到如图3所示的测量ε′(ω)的离散值和拟合曲线的对比图，同时也可获得7个拟合参数(Ψ
步骤S4，将拟合参数(Ψ
具体的，为找寻步骤S3中所得的7个拟合参数与样本含水量间的关系，需分别建立直角坐标系，进行描点分析，如图4a-图4g所示，为拟合参数(Ψ
步骤S5，将步骤S4Ψ
为了方便指数衰减模型模拟绘制在对数坐标系中的ε′(ω)曲线，需对上式进行调整，即等式两边变量取对数，其数学表达式有：
步骤S6，利用所述指数衰减模型预测出任意含水量下的复介电常数实部ε′(ω)曲线，以构造FDS模拟曲线库。
具体的，由步骤S5求得的指数衰减模型可预测出任意含水量下的ε′(ω)曲线，考虑到变压器实际可能的受潮情况，本实例设置含水量的取值范围是0.5％～6％。只要含水量取值精度足够小，那么预测出来的曲线就会紧密相连形成一个光滑的曲面，如图5所示，认为是预测出来的模拟ε′(ω)曲线组成的FDS模拟曲线库。
步骤S7，将待识别样品的测量ε′(ω)曲线代入所述FDS模拟曲线库进行比对，从而评估所述油浸绝缘纸板的含水量。
具体的，将测试出待识别的样品的ε′(ω)曲线(具体操作与步骤S2中FDS测试相同)，代入步骤S6所构造的FDS模拟曲线库，并利用欧几里得贴近度判据得出待识别样本的评估结果。欧几里得贴近度判据的计算公式：
式中，f
根据“择近原则”选择最大贴近度即为待识别样品的所属水分状态。如图7a-图7c所示，是欧几里得贴近度的计算结果图，可以看出最大贴近度均在0.88之上，这表明识别效果较佳，该评估方法可行。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是专利所有者可以在所附权利要求的范围之内做出各种变形或修改，只要不超过本发明的权利要求所描述的保护范围，都应当在本发明的保护范围之内。
机译： 变压器油纸绝缘主要绝缘条件的智能评估方法。
机译： 变压器油纸绝缘主要绝缘状态的智能评估方法
机译： 变压器油纸绝缘主要绝缘条件的智能评估方法。
