本發(fā)明涉及一種油浸式電力變壓器油紙絕緣狀態(tài)評估技術(shù)，尤其涉及一種基于牛頓-拉夫遜法的油浸式變壓器油浸紙電阻率反演法。
背景技術(shù)：
：變壓器內(nèi)部絕緣材料主要有兩種類型：液體絕緣材料(變壓器油)和固體絕緣材料(油浸紙)。隨著長期高溫、高壓環(huán)境的作用，絕緣材料會逐漸發(fā)生老化，各項材料參數(shù)，如電阻率等也會隨之發(fā)生改變。因而可以用電阻率等參數(shù)來反映其老化狀態(tài)。變壓器油由于其流體特性，材料參數(shù)分布比較均勻，可以通過直接取樣對其絕緣特性進行測量。固體絕緣材料作為變壓器內(nèi)絕緣的薄弱環(huán)節(jié)，一般情況下其劣化都發(fā)生在局部區(qū)域，直接取樣測量不僅過程繁瑣，對絕緣結(jié)構(gòu)有損傷，取樣代價高，而且存在一定的分散性，難以獲得不同區(qū)域的老化特性。數(shù)值仿真技術(shù)可以實現(xiàn)以絕緣材料的電阻率等電氣參數(shù)為輸入量，基于對應(yīng)的數(shù)值模型，對變壓器的穩(wěn)定絕緣電阻等可測量的電氣量進行仿真計算。尤其是有限元方法，由于其對復(fù)雜模型的適應(yīng)性好，可較好的實現(xiàn)變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的仿真分析。由于變壓器油電阻率與變壓器穩(wěn)定絕緣電阻值都是方便測量的電氣量，而各區(qū)域油浸紙的電阻率與整體的穩(wěn)定絕緣電阻之間是單調(diào)連續(xù)的關(guān)系，因此可以通過有限元數(shù)值模型建立起油浸紙電阻與變壓器穩(wěn)定絕緣電阻的關(guān)系，通過迭代反演來獲取油浸紙的電阻率。根據(jù)變壓器的結(jié)構(gòu)特點，最少可以獲得三類以上的穩(wěn)定絕緣電阻，它們測量過程中的加壓方式包括：高壓繞組加壓，低壓繞組及箱體接地；低壓繞組加壓，高壓繞組及箱體接地；高低壓繞組同時加壓，箱體接地等。而各區(qū)域油浸紙的電阻率對不同加壓條件下的穩(wěn)定絕緣電阻貢獻不盡相同，因此可以根據(jù)多組穩(wěn)定絕緣電阻實現(xiàn)對不同區(qū)域油浸紙電阻率的反演。牛頓-拉夫遜法通過把非線性問題線性化通過多次迭代來獲取非線性方程組的解，具有迭代效率高的特點，且適用于多元非線性方程的迭代求解。因而對于不同區(qū)域油浸紙電阻率的迭代反演，牛頓-拉夫遜法是一種較為合適的方法。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種基于牛頓-拉夫遜法的油浸式變壓器油浸紙電阻率反演法，采用本發(fā)明可反演獲得不同反演區(qū)域油浸紙的電阻率。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：基于牛頓-拉夫遜法的油浸式變壓器油浸紙電阻率反演法，包括步驟：步驟1，劃分反演區(qū)域：根據(jù)油浸紙各部位對電場的影響程度，人為將油浸紙劃分為若干反演區(qū)域，將反演區(qū)域數(shù)量記為N；在N種加電壓方式下測量變壓器整體的N組穩(wěn)定絕緣電阻實際值Rjr，Rjr表示第j種加電壓方式下測量的穩(wěn)定絕緣電阻實際值，j＝1,2,...N；步驟2，建立各加電壓方式對應(yīng)的穩(wěn)定絕緣電阻計算模型：采用有限元法建立變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的有限元模型，以各反演區(qū)域的油浸紙電阻率為自變量，以變壓器整體的穩(wěn)定絕緣電阻為因變量，在各加電壓方式下分別進行有限元計算，構(gòu)建各反演區(qū)域的油浸紙電阻率與穩(wěn)定絕緣電阻間的數(shù)值關(guān)系模型，即穩(wěn)定絕緣電阻計算模型，其中，變壓器油電阻率作為固定參數(shù)；步驟3，采用牛頓-拉夫遜法反演各反演區(qū)域的油浸紙電阻率：根據(jù)變壓器油電阻率和N組穩(wěn)定絕緣電阻的實際值，基于穩(wěn)定絕緣電阻計算模型，采用牛頓-拉夫遜法對各反演區(qū)域油浸紙的電阻率進行反演，具體包括以下子步驟：3.1設(shè)置各反演區(qū)域初步的油浸紙電阻率：將反演區(qū)域1、反演區(qū)域2、……反演區(qū)域N的油浸紙電阻率分別記為ρ1、ρ2、…ρN，對應(yīng)的初步的油浸紙電阻率分別記為ρ10、ρ20、…ρN0；3.2計算初步的油浸紙電阻率對應(yīng)的穩(wěn)定絕緣電阻理論值：根據(jù)變壓器油電阻率實際值，結(jié)合穩(wěn)定絕緣電阻計算模型，在各加電壓方式下，分別計算當前油浸紙電阻率對應(yīng)的穩(wěn)定絕緣電阻理論值R1c、R2c、…RNc；當前油浸紙電阻率的初始值為子步驟3.1設(shè)置的初步的油浸紙電阻率；3.3分別計算穩(wěn)定絕緣電阻理論值Rjc與對應(yīng)的穩(wěn)定絕緣電阻實際值Rjr的相對誤差εj，若所有相對誤差εj均小于預(yù)設(shè)的終止誤差閾值εstop，則當前油浸紙電阻率為最終的油浸紙電阻率，結(jié)束；否則，執(zhí)行子步驟3.4；3.4對各Rjc，分別計算Rjc在各反演區(qū)域的當前油浸紙電阻率的鄰域?qū)Ω鞣囱輩^(qū)域的油浸紙電阻率的偏導(dǎo)數(shù)，以所得偏導(dǎo)數(shù)為元素構(gòu)建大小為N×N的雅克比矩陣；以R1c(ρ10、ρ20、…ρN0)在(ρ10,ρ20,...ρN0)附近對ρ1的偏導(dǎo)數(shù)為例對本子步驟進行說明：保持ρ1外的其他反演區(qū)域的油浸紙電阻率不變，使ρ1有微增量δρ1，設(shè)置反演區(qū)域1的油浸紙電阻率為ρ10+δρ1，重新計算R1c(ρ10+δρ1、ρ20、…ρN0)。R1c(ρ10+δρ1、ρ20、...ρN0)表示各反演區(qū)域的油浸紙電阻率分別為ρ10+δρ1、ρ20、…ρN0時，采用子步驟3.2所獲的第1中加電壓方式下的穩(wěn)定絕緣電阻理論值。R1c(ρ10、ρ20、…ρN0)表示各反演區(qū)域的油浸紙電阻率分別ρ10、ρ20、…ρN0時，采用子步驟3.2所獲的第1種加電壓方式下的穩(wěn)定絕緣電阻理論值。通過公式(1)近似計算R1c(ρ10、ρ20、…ρN0)在(ρ10,ρ20,...ρN0)附近對ρ1的偏導(dǎo)數(shù)構(gòu)建如下的雅克比矩陣J：3.5根據(jù)各反演區(qū)域油浸紙電阻率的修正量Δρ1、Δρ2、…ΔρN與雅可比矩陣J間的關(guān)系，計算修正量；Δρ1、Δρ2、…ΔρN分別表示反演區(qū)域1、反演區(qū)域2、……反演區(qū)域N的油浸紙電阻率修正量。修正量Δρ1、Δρ2、…ΔρN與雅各比矩陣J間存在如下關(guān)系：式(3)中，ΔRj＝Rjr-Rjc，j＝1,2,...N；根據(jù)式(3)，求解修正量：3.6采用各反演區(qū)域的油浸紙電阻率修正量分別修正各反演區(qū)域的當前油浸紙電阻率，以修正后的油浸紙電阻率作為當前油浸紙電阻率，執(zhí)行子步驟3.2。步驟1中，加壓方式為①高壓繞組加壓，低壓繞組及箱體接地；②低壓繞組加壓，高壓繞組及箱體接地；以及③高低壓繞組同時加壓、箱體接地中的一種或多種。步驟2中，在各加電壓方式下分別構(gòu)建穩(wěn)定絕緣電阻計算模型，具體為：對各反演區(qū)域分別設(shè)置一系列油浸紙電阻率，經(jīng)組合獲得一系列油浸紙電阻率組，所述的油浸紙電阻率組由N個反演區(qū)域的油浸紙電阻率值組成；在各油浸紙電阻率組下，在當前加電壓方式下采用有限元計算得到節(jié)點的電位數(shù)值，根據(jù)節(jié)點的電位數(shù)值和注入電流計算穩(wěn)定絕緣電阻值；根據(jù)各油浸紙電阻率組及各油浸紙電阻率組下計算的穩(wěn)定絕緣電阻值，構(gòu)建當前加電壓方式對應(yīng)的油浸紙電阻率和穩(wěn)定絕緣電阻的數(shù)值關(guān)系模型，即穩(wěn)定絕緣電阻計算模型。和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下特點：油浸式電力變壓器運行過程中，油浸紙在長期的高溫高壓環(huán)境中，會逐漸老化，其電阻率也隨著老化過程逐漸改變。由于油浸紙的固體特性，其老化狀態(tài)呈現(xiàn)出空間分布性，因此油浸紙不同區(qū)域的電阻率也不盡相同。當以油浸紙電阻率為特征參量評估其老化狀態(tài)時，直接取樣測量不僅過程繁瑣，對絕緣結(jié)構(gòu)有損傷，取樣代價高，而且存在一定的分散性，難以獲得不同區(qū)域的老化特性。針對油浸紙老化的空間分布性，本發(fā)明根據(jù)變壓器的穩(wěn)定絕緣電阻和變壓器油電阻率，可反演出不同反演區(qū)域的油浸紙電阻率。本發(fā)明一方面可避免取樣測量的諸多不便以及對變壓器絕緣結(jié)構(gòu)的損傷，另一方面可根據(jù)不同區(qū)域油浸紙的電阻率判斷油浸紙的老化區(qū)域及老化程度。附圖說明圖1是本發(fā)明方法的具體流程示意圖；圖2是實施例中所建立的有限元模型。具體實施方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。以某110kV油浸式變壓器為例，闡述其油浸紙電阻率的反演過程，穩(wěn)定絕緣電阻、變壓器油電阻率和油浸紙電阻率的實際值以及終止誤差閾值εstop見表1。表1各電氣參數(shù)實際值本實施例的具體步驟如下：步驟(1)中，根據(jù)表1所示的三組加壓方式，結(jié)合變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)特點，將變壓器內(nèi)部油浸紙分為3個反演區(qū)域：反演區(qū)域1：低壓繞組表面油浸紙，以及低壓繞組與鐵芯間的紙板，該反演區(qū)域的電阻率記為ρ1；反演區(qū)域2：高低壓繞組之間的紙板和角環(huán)，該反演區(qū)域的電阻率記為ρ2；反演區(qū)域3：高壓繞組及靜電環(huán)表面的油浸紙，以及高壓繞組與箱體之間的紙板，該反演區(qū)域的電阻率記為ρ3。步驟(2)中，根據(jù)變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，采用有限元軟件建立變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)的有限元模型，見圖2。有限元模型包括繞組、油道、紙板、靜電環(huán)等變壓器內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)。以各反演區(qū)域的油浸紙電阻率為輸入量，基于有限元模型進行有限元模擬計算，建立各加電壓方式下的穩(wěn)定絕緣電阻計算模型。本步驟的具體實現(xiàn)方式為：根據(jù)具體的加電壓方式，耦合高壓部分導(dǎo)體表面節(jié)點的電位，向節(jié)點注入1A電流。其他非加壓繞組及箱體、鐵芯等接地部分加載0電位。通過有限元計算得到節(jié)點上的電位數(shù)值，其數(shù)值即穩(wěn)定絕緣電阻值。根據(jù)油浸紙電阻率及對應(yīng)的穩(wěn)定絕緣電阻值，構(gòu)建與加電壓方式對應(yīng)的穩(wěn)定絕緣電阻計算模型。步驟(3)的子步驟3.1中，設(shè)置三個反演區(qū)域油浸紙電阻率的初步值ρ10、ρ20、ρ30均為1×1011Ω·m。步驟(3)的子步驟3.2中，初步值ρ10、ρ20、ρ30對應(yīng)的各加電壓方式下的穩(wěn)定絕緣電阻理論值見表2：表2初步值ρ10、ρ20、ρ30對應(yīng)的絕緣電阻理論值(單位：Ω)R1cR2cR3c2.1445×1092.7247×1092.0566×109步驟(3)的子步驟3.3中，各加電壓方式下各穩(wěn)定絕緣電阻理論值與實際值的相對誤差見表3。表3穩(wěn)定絕緣電阻的相對誤差(單位：％)ε1ε2ε381.5966.9759.31各相對誤差均大于終止閾值εstop，繼續(xù)執(zhí)行子步驟3.4。步驟(3)的子步驟3.4中，分別單獨使ρ1、ρ2、ρ3在(ρ10,ρ20,ρ30)附近有一微增量δρ10、δρ20、δρ30，計算出對應(yīng)情況下的三組穩(wěn)定絕緣電阻值，見表4。這里微增量均取0.5％。表4不同反演區(qū)域油浸紙電阻率下的穩(wěn)定絕緣電阻計算值(Ω)ρ10+δρ10,ρ20,ρ30ρ10,ρ20+δρ20,ρ30ρ10,ρ20,ρ30+δρ30R1c2.1445×1092.1448×1092.1446×109R2c2.7248×1092.7252×1092.7247×109R3c2.0567×1092.0567×1092.0567×109采用上述計算結(jié)果，采用公式(1)計算得到雅克比矩陣：步驟(3)子步驟3.5中，采用公式(4)計算各反演區(qū)域油浸紙電阻率的修正量Δρi，見表5。表5不同反演區(qū)域油浸紙電阻率的修正量(單位：Ω·m)Δρ1Δρ2Δρ3-1.0564×10138.4340×10121.3964×1013利用修正量Δρi對各反演區(qū)域油浸紙電阻率進行修正，其中由于Δρ1<0，這里人為設(shè)置迭代下限為1×109Ω·m。修正后各反演區(qū)域油浸紙電阻率見表6。表6不同反演區(qū)域修正后的油浸紙電阻率(Ω·m)ρ10ρ20ρ301×1098.534×10121.406×1013各次迭代中的ρ10、ρ20、ρ30以及相對誤差ε1、ε2、ε3見表7。表7各次迭代所用參數(shù)及計算結(jié)果根據(jù)迭代計算結(jié)果，終止誤差閾值為0.1％的情況下最終求得的油浸紙電阻率計算值如下：反演區(qū)域1：2.810×1012Ω·m；反演區(qū)域2：1.034×1014Ω·m；反演區(qū)域3：1.298×1013Ω·m?？梢钥闯?，僅進行了12次迭代就獲得了穩(wěn)定絕緣電阻相對誤差0.1％以下的結(jié)果。雖然各反演區(qū)域內(nèi)有老化程度不同的油浸紙存在，電阻率在一定程度上被平均化，但是仍可以明顯反應(yīng)各反演區(qū)域內(nèi)油浸紙的老化情況。特別是反演區(qū)域2和反演區(qū)域3中電阻率與設(shè)置的紙板電阻率之間差別較小，說明本發(fā)明具有較高的準確度。上述實施例所述是用以具體說明本專利，文中雖通過特定的術(shù)語進行說明，但不能以此限定本專利的保護范圍，熟悉此
技術(shù)領(lǐng)域：
的人士可在了解本專利的精神與原則后對其進行變更或修改而達到等效目的，而此等效變更和修改，皆應(yīng)涵蓋于權(quán)利要求范圍所界定范疇內(nèi)。當前第1頁1 2 3