一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法及系统

摘要

本发明公开了一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法及系统，所述判断方法具体包括以下步骤：测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量；其中，所述脉冲统计参量包括脉冲的上升时间、下降时间、50％脉宽以及10％脉宽；基于所述脉冲统计参量以及预获取的油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系，获得待判断绝缘性能的油浸纸板的老化状态，完成油浸纸板绝缘性能的判断。本发明提出了一种基于局部放电脉冲波形参量的绝缘性能衰退的判断方法，现场应用较为简单，可以准确反应油纸绝缘的绝缘性能的衰退。

说明书

技术领域

本发明属于电力设备绝缘状态检测技术领域，特别涉及一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法及系统。

背景技术

变压器的内部绝缘主要为油纸绝缘，内部绝缘从结构上又分为纵绝缘和主绝缘。纵绝缘指同一绕组的不同匝间、层间、段间、引线间、分接开关各部分的绝缘，主要绝缘材料是包在导线上的纸带，匝间、段间的垫块和油道等。主绝缘是一种油纸屏障的结构，由作为覆盖层缠在导线上的绝缘纸带、油道、放在导体和接地体间油道中的绝缘纸板所构成。

变压器中主要绝缘材料是油和纸，它在长时间运行中由于受到电场、水分、温度、机械力的作用下会逐渐劣化，最后引起故障而导致变压器寿命的终结。造成劣化的诸因素通常不是单个而是多个因素同时起作用，它们将引起不同的劣化模式。在长期的老化过程中，其绝缘衰退特性会表现在诸多方面，如溶解气体中碳氧化物的含量、呋喃特性、功率因数、介电损耗等诸多方面。然而对于油纸绝缘状态的判定，现有方法或多或少都存在着随机性较大，准确性低或者现场测量难以开展等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法及系统，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提出了一种基于局部放电脉冲波形参量的绝缘性能衰退的判断方法，现场应用较为简单，可以准确反应油纸绝缘的绝缘性能的衰退。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法，包括以下步骤：

测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量；其中，所述脉冲统计参量包括脉冲的上升时间、下降时间、50％脉宽以及10％脉宽；

基于所述脉冲统计参量以及预获取的油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系，获得待判断绝缘性能的油浸纸板的老化状态，完成油浸纸板绝缘性能的判断；

其中，所述预获取的油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系的获取步骤包括：

测量样本油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量；其中，所述脉冲统计参量包括脉冲的上升时间、下降时间、50％脉宽以及10％脉宽；

根据样本油浸纸板的脉冲统计参量与其老化状态全周期的对应关系，获得油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系。

本发明的进一步改进在于，测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量或测量样本油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量的步骤具体包括：

基于IEC60270中的固体绝缘局部放电测量方法，在高于油浸纸板局部放电起始电压的外施工频电压下，测量油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取其脉冲统计量。

本发明的进一步改进在于，测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量或测量样本油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量中，在获取脉冲统计参量之前还包括：对测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行消噪处理。

本发明的进一步改进在于，所述对测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行消噪处理的步骤具体包括：应用软阈值小波去噪方法，对测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行消噪处理。

本发明的进一步改进在于，待判断绝缘性能的油浸纸板与样本油浸纸板为同一型号设备的油浸纸板。

本发明的进一步改进在于，所述预获取的油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系为，

本发明的一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断系统，包括：

参量获取模块，用于测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量；其中，所述脉冲统计参量包括脉冲的上升时间、下降时间、50％脉宽以及10％脉宽；

判断模块，用于根据所述脉冲统计参量以及预获取的油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系，获得待判断绝缘性能的油浸纸板的老化状态，完成油浸纸板绝缘性能的判断；

其中，所述预获取的油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系的获取步骤包括：

测量样本油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量；其中，所述脉冲统计参量包括脉冲的上升时间、下降时间、50％脉宽以及10％脉宽；

根据样本油浸纸板的脉冲统计参量与其老化状态全周期的对应关系，获得油浸纸板局部放电脉冲参量与老化状态之间的关联关系。

本发明的进一步改进在于，测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量或测量样本油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量的步骤具体包括：

基于IEC60270中的固体绝缘局部放电测量方法，在高于油浸纸板局部放电起始电压的外施工频电压下，测量油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取其脉冲统计量。

本发明的进一步改进在于，测量待判断绝缘性能的油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量或测量样本油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取脉冲统计参量中，在获取脉冲统计参量之前还包括：对测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行消噪处理。

本发明的进一步改进在于，所述对测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行消噪处理的步骤具体包括：

应用软阈值小波去噪方法，对测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行消噪处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明针对典型的充油式电力设备的油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘结构，提出了一种基于油纸绝缘局部放电脉冲波形参数的绝缘老化分析方法，该方法通过对油浸纸板进行局部放电测试，并提取其放电脉冲参数；最后根据消噪得到的放电脉冲的上升时间、下降时间以及50％脉宽、10％脉宽的特性参数，得出油浸纸板局部放电脉冲参量与其老化状态之间的关系。本发明的方法现场应用较为简单，可根据长期的设备或油纸绝缘样品的局部放电特性变化规律来判断设备或者样品的绝缘衰退特性。

本发明的方法结合现有的成熟局部放电脉冲波形的降噪算法，可实现波形的准确还原。具体的，本发明中采用了基于小波变换的多分辨率分析和软阈值相结合的消噪方法对采集到的脉冲波形进行消噪处理，可较好的实现局部放电信号和噪声干扰信号的分离，解决了保留局部放电信号和抑制噪声之间的矛盾，为进一步准确提取放电波形参数提供了条件。

本发明中，针对同一设备或同一实验样品的老化全周期的局部放电脉冲波形的统计特性分析，可避免局部放电脉冲特性的随机性问题。反之，局部放电脉冲特性的变化也可以准确反应油纸绝缘的绝缘性能的衰退。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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是本发明实施例中，纸板缺陷模型示意图；

图2是本发明实施例中，沿面电极结构示意图；

图3是本发明实施例中，局部放电单脉冲信号示意图；

图4是本发明实施例中，软阈值消噪后的脉冲波形示意图；

图5是本发明实施例中，放电脉冲波形参数示意图；

图6是本发明实施例中，放电脉冲波形参数统计结果示意图；其中，图6(a)为局放脉冲波形的上升时间示意图，图6(b)为局放脉冲波形的下降时间示意图，图6(c)为局放脉冲波形的50％脉宽示意图，图6(d)为局放脉冲波形的10％脉宽示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

本发明实施例的一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法，是一种适用于典型的充油式电力设备的油纸绝缘结构当中油浸纸板绝缘性能的判断方法，具体包括以下步骤：

基于IEC60270中的固体绝缘局部放电测量方法，在高于油浸纸板局部放电起始电压的外施工频电压下，测量油浸纸板的局部放电脉冲特性，并获取其脉冲统计参数；

根据测量所得的油浸纸板局部放电的脉冲的上升时间、下降时间、50％脉宽以及10％脉宽，得出油浸纸板局部放电脉冲参量与其老化状态之间的关联关系；并以此为依据，得出基于局部放电脉冲参量的油纸绝缘性能衰退的判断方法。

本发明实施例中，还包括：在获取局部放电脉冲统计参量之前，利用小波变换原理以及软阈值小波消噪算法，对直接测量得到的油浸纸板的局部放电脉冲波形进行了降噪处理。

综上，本发明针对典型的充油式电力设备的油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘结构，提出了一种根据其局部放电脉冲波形参量的绝缘性能衰退的判断方法。采用小波变换、软阈值小波消噪算法，对脉冲波形进行消噪处理。随后根据消噪得到的放电脉冲的上升时间、下降时间以及50％脉宽、10％脉宽的特性参数，可得出油浸纸板局部放电脉冲参量与其老化状态之间的关系。

请参阅图1至图6，本发明实施例的一种油纸绝缘结构中油浸纸板绝缘性能的判断方法，以25#克拉玛依绝缘油及老化40天Weidmann绝缘纸板老化状态评估为例，自制纸板缺陷模型采用两层绝缘纸板中间夹一层厚度为0.125mm的绝缘纸，其结构如图1所示，整体结构老化40天。

使用符合变压器中常见缺陷电场分布的沿面电极测取局部放电信号，电极结构如图2所示；获取单个局部放电脉冲，如图3所示。

应用软阈值小波去噪方法去除噪声信号，处理结果如图4所示，经过消噪处理后，仍然保留了原来波形的基本特征，并且波形毛刺减少，波形变的更为平滑，成功地分离了干扰信号，为后面提取波形的参数特征提供了便利。

提取局部放电脉冲波形参数，包括脉冲上升沿时间、脉冲下降沿时间、50％最大脉冲幅值持续时间和10％最大脉冲幅值持续时间，具体脉冲波形参数如图5所示，计算公式如式(1)至式(4)所示：

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对该试品的单个脉冲波形参数进行了统计分析，统计分析结果如图6所示。

根据上述的流程，不同老化程度试品的典型局部放电脉冲波形的特征参数统计为表1，通过表1查阅可以确定老化程度。

表1.脉冲参数统计表

从表1可以看出：随着试品的老化时间的增加，试品局部放电的上升时间，脉宽等特征参数具有逐渐变小的趋势。特别是脉冲的上升时间，与试品的老化程度呈现出明显的对应关系。

综上所述，局部放电信号特征作为反应绝缘老化状态的关键特征受到了广泛关注。长期的老化会对油纸绝缘的电学特性、力学特性以及表面状态等产生规律性的变化，这些变化同样会反应到油纸绝缘的局部放电特性之上。本发明提出了一种基于油纸绝缘局部放电脉冲波形参数的绝缘老化分析方法，该方法通过对油浸纸板进行局部放电测试，并提取其放电脉冲参数；随后对脉冲波形进行小波变换、软阈值小波消噪算法，对脉冲波形进行消噪处理；最后根据消噪得到的放电脉冲的上升时间、下降时间以及50％脉宽、10％脉宽的特性参数，得出油浸纸板局部放电脉冲参量与其老化状态之间的关系。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请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，本申请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。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、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。

这些计算机程序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指令产生包括指令装置的制造品，该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。

这些计算机程序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。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。