[發(fā)明專利]基于分?jǐn)?shù)Zener模型的植物油紙絕緣狀態(tài)評估方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910082080.2
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109670138B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張濤;張陳;王鑠;楊文雁
• 申請（專利權(quán)）人: 三峽大學(xué)
• 主分類號: G06F17/10
• 分類號: G06F17/10
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務(wù)所 42103
• 代理人: 吳思高

基于分?jǐn)?shù)Zener模型的植物油紙絕緣狀態(tài)評估方法，首先利用分?jǐn)?shù)階微積分理論推導(dǎo)出分?jǐn)?shù)Zener模型，建立適用于植物油紙絕緣系統(tǒng)分?jǐn)?shù)Zener模型參數(shù)與頻域介電譜特征量復(fù)介電常數(shù)的關(guān)系式；分別辨識分?jǐn)?shù)Zener模型參數(shù)值,計算出復(fù)介電常數(shù)實部ε'和虛部ε”，引入重合度的概念，將復(fù)介電常數(shù)計算值和測量值進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)二者重合度高，且低頻段有更高的精確度，說明分?jǐn)?shù)Zener模型適合描述植物油紙的弛豫過程；選取合適的模型參數(shù)ε_a、形狀參數(shù)β、弛豫時間τ作為評估植物油紙絕緣系統(tǒng)老化的特征量并建立模型參數(shù)與油中酸值的函數(shù)關(guān)系式。本發(fā)明將分?jǐn)?shù)階理論運用到電介質(zhì)的弛豫過程中，發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)Zener模型攜帶試品中更多有效信息，從而更準(zhǔn)確的評估植物油紙絕緣系統(tǒng)老化狀態(tài)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物油變壓器油紙絕緣狀態(tài)評估領(lǐng)域，具體涉及一種基于分?jǐn)?shù)Zener模型的植物油紙絕緣狀態(tài)評估方法。

背景技術(shù)

油浸紙板絕緣系統(tǒng)作為變壓器內(nèi)部重要的結(jié)構(gòu)，起到絕緣和支撐的作用，其電氣性能的優(yōu)劣直接影響著變壓器安全運行的可靠性。目前電力系統(tǒng)中使用的礦物絕緣油難以生物降解，一旦泄漏將對水源、居住環(huán)境等造成污染，促使人們尋找一種可以代替礦物絕緣油的新型液體絕緣材料。植物絕緣油具有閃點高、可降解等優(yōu)點，可作為礦物絕緣油的替代品。植物油是由甘油和脂肪酸鏈組成的酯混合物。甘油三酯含有不飽和脂肪(如油酸，亞油酸和α亞麻酸)和飽和脂肪(如肉豆蔻酸，棕櫚酸和硬脂酸)。其不同的成分決定了它們在物理、化學(xué)性能等方面的差異。為了更快地將植物絕緣油廣泛應(yīng)用到實際中，其老化特性的深入研究是一項重要的應(yīng)用基礎(chǔ)課題，是決定植物絕緣油成功應(yīng)用的關(guān)鍵之一。

目前，國內(nèi)外研究者開展了大量植物油紙系統(tǒng)加速老化試驗，探究不同溫度水分下，擊穿電壓、體積電阻率、損耗因素等電氣量的變化規(guī)律。以及油中酸值、糠醛含量等與老化程度的關(guān)系。介電研究是一種有用的工具，可用于研究植物油紙絕緣系統(tǒng)在熱老化過程中的介電響應(yīng)特性與老化程度的關(guān)系。最近，Komarov等人研究了在所選擇的頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生介電常數(shù)和介電損耗，并且已經(jīng)觀察到甘油三酯顯示出德拜型行為。為了評估植物油的介電參數(shù)，使用Havriliak-Negami方程來計算頻率相關(guān)的復(fù)介電常數(shù)ε*(ω)數(shù)據(jù)。描述了不同溫度下甘油三酯的Cole-Cole圖，顯示了所測試材料中介電常數(shù)與介電損耗的變化。證明了甘油三酯的松弛過程，可以用介電模型來解釋。

分?jǐn)?shù)階微積分概念的提出能夠追溯到Leibniz和Newton創(chuàng)立微分學(xué)的時代。受到關(guān)注并運用到介電松弛特性的描述中后，Reyes-Melo等學(xué)者提出“容阻器”的概念，將電容和電阻整合成一個電氣元件。經(jīng)過容阻器的串并聯(lián)，組合成了分?jǐn)?shù)Maxwell模型以及優(yōu)化后的分?jǐn)?shù)Zener模型且滿足熱力學(xué)穩(wěn)定性。Jonscher從微觀機理對介電特性進(jìn)行了綜合分析，得出了電介質(zhì)服從分?jǐn)?shù)階冪次定理的結(jié)論。后又從微觀角度論證了分?jǐn)?shù)階特性適用于電介質(zhì)的極化弛豫過程的描述。

對于油紙絕緣這種復(fù)合電介質(zhì)來說，最早在1913年，基于分子極化角度的介電松弛理論，提出的經(jīng)典Debye模型只考慮了單一松弛時間，在描述弛豫過程具有局限性。后來學(xué)者們提出的Cole-Cole模型在繪制的曲線與實測曲線偏差較大，Havriliak-Negami模型雖然整體擬合度高，但遠(yuǎn)離峰值的曲線擬合精度偏低。用上述模型描述實驗結(jié)果是可行的，但不能體現(xiàn)介電物理性質(zhì)。考慮使用分?jǐn)?shù)階模型來描述植物油紙系統(tǒng)的弛豫過程鮮有報道。但同時描述介電存儲和介電損耗時，發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)Maxwell低頻段并沒有得到相應(yīng)的擬合。因此在分?jǐn)?shù)Maxwell模型的基礎(chǔ)上并聯(lián)一個分?jǐn)?shù)元，得到分?jǐn)?shù)Zener模型，總電容是各分電容之和。可以更為準(zhǔn)確地描述油浸變壓器中油紙介電常數(shù)的頻變特性。因此需要提出一個新的方法用分?jǐn)?shù)Zener模型提取不同老化天數(shù)的頻域介電測試曲線攜帶的更多有效信息，提取有用特征量并與油中酸值含量擬合，進(jìn)而有效評估植物油紙絕緣的老化狀態(tài)。

發(fā)明內(nèi)容