本發(fā)明涉及開關柜絕緣件，尤其是涉及一種開關柜絕緣件剩余壽命的預測方法、電子設備及介質(zhì)。

背景技術(shù)：

1、當前電網(wǎng)仍處于快速增長期，“資產(chǎn)墻”風險日益凸顯。2020年國網(wǎng)公司設備管理體系要求變電設備平均壽命為20年，2025年要求達到23年。目前針對設備更新改造壓力增大，故障風險累積，運維成本上升等問題，尚缺少科學的應對方法，亟需開關柜設備關鍵絕緣件老化狀態(tài)評估及剩余壽命預測方法研究。

2、開關柜絕緣件工作在高溫高濕運行環(huán)境下，無法直接、方便獲取不同運行時間下質(zhì)量損失率的絕緣材料，給老化狀態(tài)評估及剩余壽命研究帶來了困難。因此亟需一種科學研判方法，形成科學，為開關柜設備延壽策略制定提供理論基礎和支撐，可有效避免設備盲目更換，優(yōu)化檢修投資運營方案，提升設備資產(chǎn)管理質(zhì)效。

3、經(jīng)過檢索，中國發(fā)明專利公開號cn111999610a公開了一種基于活化能的干式絕緣設備老化評估與壽命預測方法，包括以下步驟：步驟1：對待測量的干式絕緣設備的環(huán)氧樹脂材料進行tga和介電譜實驗，分別獲得其未老化狀態(tài)下的化學反應活化能、起始松弛活化能、起始擊穿場強；步驟2：建立干式絕緣設備實驗室溫度下老化時間與現(xiàn)場運行溫度下老化時間的等效轉(zhuǎn)換機制；步驟3：通過交流擊穿試驗，確立干式絕緣設備壽命終止的失效判據(jù)；步驟4：通過老化試驗，計算不同老化程度下試樣的活化能，獲得試樣活化能隨老化時間的變化關系，進行干式絕緣設備老化評估與壽命預測。該現(xiàn)有專利存在該方法不適用于開關柜絕緣件老化評估的問題。

4、如何實現(xiàn)開關柜絕緣件剩余壽命的預測，成為需要解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種開關柜絕緣件剩余壽命的預測方法、電子設備及介質(zhì)。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種開關柜絕緣件剩余壽命的預測方法，該方法包括以下步驟：

4、步驟s1，求解環(huán)氧復合材料的活化能；

5、步驟s2，建立環(huán)氧復合材料的老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型；

6、步驟s3，構(gòu)建活化能與反應轉(zhuǎn)化率的關系；

7、步驟s4，根據(jù)步驟s3中活化能與反應轉(zhuǎn)化率的關系，求解失效轉(zhuǎn)化率；

8、步驟s5，根據(jù)步驟s4的失效轉(zhuǎn)化率和步驟s2的老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型，得到未使用絕緣件用環(huán)氧復合材料的壽命，然后減去開關柜絕緣件用環(huán)氧復合材料的使用年限，得到開關柜絕緣件剩余壽命的預測。

9、優(yōu)選地，所述求解環(huán)氧復合材料的活化能的過程包括：

10、分別在不同升溫速率β下對環(huán)氧復合材料進行熱重分析，得到不同升溫速率下環(huán)氧樹脂的反應轉(zhuǎn)化率α與溫度t之間的關系曲線，即tg曲線；

11、反應轉(zhuǎn)化率α1、α2分別對應溫度t1、t2；對于升溫速率為β的曲線，反應機理函數(shù)g(α)表示為：

12、

13、式中，a為指前因子，β為升溫速率，e為活化能活，r為摩爾常量；α為反應轉(zhuǎn)化率；

14、由積分中值定理可得：

15、

16、式中，

17、因此，可得：

18、對于不同升溫速率β，為常數(shù)，通過求取對的斜率獲取環(huán)氧環(huán)氧復合材料熱解反應的活化能e。

19、優(yōu)選地，所述建立環(huán)氧復合材料的老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型的過程包括：

20、反應機理函數(shù)g(α)定義為：

21、

22、式中，α為反應轉(zhuǎn)化率，f(α)為反應機理函數(shù)的微分式，k為化學反應速率，t為反應時間，即；

23、化學反應速率k的表達式：

24、

25、其中a為指前因子，e為活化能活，r為摩爾常量，t為熱力學溫度；

26、絕緣材料的熱解動力學方程如下：

27、

28、式中，β為升溫速率；

29、對熱解動力學方程積分可得：

30、

31、式中，p(u)為溫度積分，p(u)通過simpson積分公式求解；

32、當α為0.5時，

33、

34、老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型為：

35、g(α)＝qαm(1-α)n(-ln(1-α))p

36、式中，m、n、p、q為待定參數(shù)；α為反應轉(zhuǎn)化率；

37、將老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型代入中可得：

38、

39、不同轉(zhuǎn)化率α對應的溫度t，結(jié)合步驟s1中求解的活化能e，求解對應的u；

40、通過simpson積分公式求解p(u)，得到z(α)；

41、由最小二乘法擬合z(α)即可求出參數(shù)m、n、p；

42、結(jié)合熱解動力學方程積分與老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型，可得：

43、

44、任取兩個轉(zhuǎn)化率α以及對應的參數(shù)代入上式，得到方程組并求解，即可得到參數(shù)q與a的值；

45、將參數(shù)m、n、p、q的值代入老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型，得到環(huán)氧復合材料熱解反應過程所遵循的老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型。

46、更加優(yōu)選地，所述構(gòu)建活化能與反應轉(zhuǎn)化率的關系的過程包括：

47、對收集到的不同使用年限的開光柜絕緣件進行加工，得到環(huán)氧復合材料試樣，對試樣進行熱重測量分析，得到不同升溫速率β下的tg曲線，根據(jù)步驟s1的方法得到不同運行年限絕緣件用環(huán)氧復合材料的反應活化能e；

48、結(jié)合反應機理函數(shù)g(α)定義公式以及步驟s2中老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型，得到不同運行年限t環(huán)氧復合材料的轉(zhuǎn)化率α，從而構(gòu)建活化能與反應轉(zhuǎn)化率α的關系。

49、優(yōu)選地，所述求解失效轉(zhuǎn)化率的過程包括：

50、基于未使用的環(huán)氧復合材料作為樣品，開展電、熱和濕加速老化試驗，得到樣品擊穿場強和活化能的關系；

51、樣品發(fā)生失效時的擊穿場強對應的活化能即為失效活化能，代入步驟s3中活化能與反應轉(zhuǎn)化率的關系，得到失效轉(zhuǎn)化率。

52、更加優(yōu)選地，假設擊穿場強下降到初始值的n％，判定所述樣品發(fā)生失效。

53、更加優(yōu)選地，所述開展電、熱和濕加速老化試驗的過程中，每隔設定周期對樣品進行擊穿場強測試和熱重分析，得到樣品的擊穿場強和活化能的關系。

54、優(yōu)選地，所述步驟s5中得到未使用絕緣件用環(huán)氧復合材料的壽命具體為：將失效轉(zhuǎn)化率代入反應機理函數(shù)定義的公式，結(jié)合步驟s2中求解的老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型，即可得到未使用絕緣件用環(huán)氧復合材料的壽命t。

55、根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種電子設備，包括存儲器和處理器，所述存儲器上存儲有計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)所述的方法。

56、根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種計算機可讀存儲介質(zhì)，其上存儲有計算機程序，所述程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述的方法。

57、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

58、(1)本發(fā)明基于不同運行年限開關柜絕緣件和實驗室加速老化絕緣試樣的性能測試，提出活化能的求解方法，建立環(huán)氧復合材料的老化反應機理函數(shù)經(jīng)驗模型，構(gòu)建活化能和反應轉(zhuǎn)化率之間的內(nèi)在關聯(lián)，求解失效轉(zhuǎn)化率，得到未使用絕緣件用環(huán)氧復合材料的壽命，形成基于老化反應機制的開關柜絕緣部件剩余壽命預測，適用于開關柜絕緣件這種在高溫高濕運行環(huán)境下無法直接、方便獲取不同運行時間下質(zhì)量損失率的絕緣材料，具有預測簡單、實用等優(yōu)點。

59、(2)本發(fā)明通過判斷開關柜絕緣件用環(huán)氧復合材料的剩余壽命，可以有效判定開關柜絕緣件的剩余壽命，從而為絕緣件的運維、更換、延壽、保養(yǎng)等提供理論基礎和數(shù)據(jù)支撐。

60、(3)本發(fā)明對實際已知運行時間的絕緣件進行加工，對得到環(huán)氧復合材料試樣進行熱重測量分析，得到不同升溫速率β下的tg曲線，從而構(gòu)建活化能與反應轉(zhuǎn)化率的關系，因此預測的準確性和有效性有所保障，為開關柜設備延壽策略制定提供理論基礎和支撐，可有效避免設備盲目更換，優(yōu)化檢修投資運營方案，提升設備資產(chǎn)管理質(zhì)效。