[發(fā)明專利]一種考慮油中水分的油紙絕緣局部放電發(fā)展階段的判斷方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010150461.2
• 申請日: 2020-03-06
• 公開（公告）號: CN111308288B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 周利軍;郎光婭;魯揚
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12;G01R31/16;G06K9/62
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

1.一種油紙絕緣局部放電發(fā)展階段的判斷方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一，搭建局部放電綜合實驗平臺

a)油紙絕緣樣品的處理：

將同一批次的3張同尺寸絕緣紙放入110℃/50Pa的真空干燥箱中干燥72h，以去除絕緣紙板中的初始水分，之后將干燥后的絕緣紙分別放入含水量為10mg/L、15mg/L、20mg/L的絕緣油中真空浸漬48小時，得到3組油紙絕緣樣品；

b)連接設(shè)備與裝置：

設(shè)備與裝置包括：絕緣實驗箱(1)、電極固定裝置(3)、柱板電極(4)、高壓引線(6)、接地線(7)、油中水分測定儀(12)、加壓裝置(13)、電流傳感器(14)、濾波器(15)、局部放電測試儀(16)、計算機(17)；

注油口(9)和取油口(10)分別開在所述絕緣實驗箱(1)的側(cè)壁高度90％和10％處；

所述絕緣實驗箱(1)內(nèi)部裝有所述電極固定裝置(3)、所述柱板電極(4)、絕緣紙(5)、絕緣油(2)，所述絕緣油(2)完全浸沒所述電極固定裝置(3)、所述柱板電極(4)、所述絕緣紙(5)；

所述柱板電極(4)通過所述高壓引線(6)、所述接地線(7)、接線柱(8)與所述加壓裝置(13)相連；

所述電流傳感器(14)環(huán)繞在所述接地線(7)上，將測得的電流信號傳導(dǎo)給所述濾波器(15)濾去環(huán)境噪聲，處理過的信號傳導(dǎo)給所述局部放電測試儀(16)；

所述油中水分測定儀(12)通過所述取油口(10)和細(xì)徑輸油管(11)提取所述絕緣油(2)試樣進(jìn)行油中水分含量測定；

所述計算機(17)與所述局部放電測試儀(16)和所述油中水分測定儀(12)連接；

步驟二，劃分油紙絕緣局部放電發(fā)展階段

使用加壓裝置對油紙絕緣樣品進(jìn)行加壓，每隔5s升高電壓500V，記錄初次重復(fù)產(chǎn)生放電量大于50pC局部放電的電壓為局部放電起始電壓Ui，分別對3組油紙絕緣樣品持續(xù)施加120％Ui的電壓直至油紙絕緣擊穿，使用局部放電測試儀記錄放電發(fā)展全過程；

a)提取特征參量

從3組記錄局部放電發(fā)展全過程的PRPD圖譜中以2分鐘為時間間隔抽取200個樣本，共600個樣本，從每組樣本提取17個特征參量：1)最大放電量—相位譜圖的正半周偏斜度Sk_1，+；2)最大放電量—相位譜圖的負(fù)半周偏斜度Sk_1，-；3)平均放電量—相位譜圖的正半周偏斜度Sk_2,+；4)平均放電量—相位譜圖的負(fù)半周偏斜度Sk_2,-；5)放電次數(shù)—相位譜圖各自的正半周偏斜度Sk_3，+；6)放電次數(shù)—相位譜圖各自的負(fù)半周偏斜度Sk_3，-；7)最大放電量—相位譜圖的正半周陡峭度Ku_1，+；8)最大放電量—相位譜圖的負(fù)半周陡峭度Ku_1，-；9)平均放電量—相位譜圖的正半周陡峭度Ku_2,+；10)平均放電量—相位譜圖的負(fù)半周陡峭度Ku_2,-；11)放電次數(shù)—相位譜圖各自的正半周陡峭度Ku_3，+；12)放電次數(shù)—相位譜圖各自的負(fù)半周陡峭度Ku_3，-；13)最大放電量—相位譜圖的放電互相關(guān)系數(shù)CC₁；14)平均放電量—相位譜圖的放電互相關(guān)系數(shù)CC₂；15)放電次數(shù)—相位譜圖的放電互相關(guān)系數(shù)CC₃；16)放電波動度Fq＝最大放電量/(平均放電量*油中水分含量)；17)放電頻度F_n＝放電次數(shù)/油中水分含量；

b)基于主成分分析降維

①一共有600個樣本，每個樣本有17個特征參量，樣本的原始數(shù)據(jù)矩陣如下所示，其中矩陣行數(shù)m為樣本數(shù)，列數(shù)n為樣本的特征參量數(shù)：

其中，X₁…X_n為矩陣的特征向量；

②每一個行向量都減去該行向量的均值得到新矩陣X^*：

③求取X^*的協(xié)方差矩陣Cov(X^*)，并求出協(xié)方差矩陣的特征值λ_i和所對應(yīng)的單位特征向量e_i：

其中，E為單位矩陣，x_i為特征向量；

④按照特征值從大到小的順序，將單位特征向量排列成矩陣，得到轉(zhuǎn)換矩陣P，并按PX^*計算出主成分矩陣Y：

⑤用特征值λ_i計算主成分Y_k的方差貢獻(xiàn)率g和前k個主成分的方差累計貢獻(xiàn)率Δg，客觀上取方差累計貢獻(xiàn)率Δg超過85％的前k個主成分，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)降維：

c)K均值聚類算法劃分階段

①由于沿面放電發(fā)展階段可劃分為放電起始階段、平穩(wěn)發(fā)展階段、預(yù)擊穿階段，故將整個放電階段以記錄時間為衡量單位平均分為3段各選取1個樣本點作為初始的聚類中心

②計算每個樣本點與3個聚類中心之間的二范數(shù)‖a-b‖₂，把每個樣本點分配給距離它最近的聚類中心：

式中，a、b分別指兩個不同的點，a_i、b_i指a、b對應(yīng)的第i種規(guī)范化特征參量，共k種；

③聚類中心以及分配給它們的對象就代表一個聚類，一旦全部樣本點都被分配了，每個聚類的聚類中心會根據(jù)聚類中現(xiàn)有樣本點的平均值來重新計算，完成一次迭代；

④計算新聚類中心與之前的聚類中心的偏移值Δd₁、Δd₂、Δd₃，若其偏移值均大于0.1則跳轉(zhuǎn)步驟二c)的第②步繼續(xù)執(zhí)行，否則聚類結(jié)束，此時的3個聚類中心即為沿面放電的3個階段所對應(yīng)的聚類中心；

式中，j為迭代次數(shù)，s為聚類數(shù)，s＝1,2,3；

步驟三，判斷油紙絕緣局部放電發(fā)展階段

從步驟二中3組記錄局部放電發(fā)展全過程的PRPD圖譜中等時間間隔抽取50個與步驟二所抽取樣本不重合的測試樣本，共150個樣本，計算這些樣本點與步驟二c)中得出的3個聚類中心分別的二范數(shù)之和E₁、E₂、E₃：

式中，n為聚類中心數(shù)，n＝1,2,3，i指代第i個樣本點，i＝1,2,…,150；

通過將測試樣本點與劃分完成的聚類匹配，即測試樣本點所屬聚類選取最小E_n所對應(yīng)聚類來判斷在測試電壓下油紙絕緣所處的局部放電發(fā)展階段。