基于分数Poynting的制作方法

基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法
技术领域
1.本发明涉及变压器油纸绝缘状态评估领域，具体涉及一种基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法。


背景技术：

2.电力变压器是配合发电机组进行能量交换和能量传输的重要输变电设备，其安全稳定运行是保障大电网可靠供电的基础。油浸式变压器是典型的油纸绝缘设备，其内部主绝缘是由绝缘纸、绝缘纸板和绝缘油组成的复合绝缘结构。由于长时间运行在复杂的环境下，温度、水分、机械应力、化学腐蚀等因素会导致变压器主绝缘的绝缘性能下降，容易引发绝缘故障。因此，迅速准确的评估油纸绝缘的老化状态，进而制定合理的运维检修策略，能够有效延长电力设备的使用寿命、降低故障发生率。
3.灰色系统理论是一种适用于研究少数据、贫信息不确定性问题的新方法。电力变压器在长期运行过程中，容易受到水分、老化、温度等多种不确定因素的影响，因此其内部油纸绝缘系统可视为一个典型的灰色系统。
4.传统的油纸绝缘状态的评估方法往往是采用单个评价指标，如化学评价指标和电学评价指标对变压器油纸绝缘状态进行判别，但单一老化评价指标的评估方法往往无法真实反映变压器油纸内部绝缘老化情况。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供一种基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，该方法选取分数poynting
–
thomson模型参数辨识后的老化特征参量α、β、εa、τ与介电特征参量a
dp
、δa
dp
作为电学评价指标；选取绝缘油的酸值av作为化学评价指标，应用改进灰色关联法，实现了基于多个评价指标对变压器油纸系统的绝缘状态准确评估。
6.本发明采取的技术方案为：
7.基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，包括以下步骤：
8.步骤1：制备不同老化、受潮程度的多组绝缘油纸试样，对制备的绝缘油纸试样进行fds测量，并测量绝缘纸板聚合度dp值和绝缘油的酸值av；
9.步骤2：提取分数poynting
–
thomson模型中的特征参数α、β、εa、τ来作为表征变压器的老化特征参数，基于测量得到的介电模量频谱提出了介电特征参量a
dp
、δa
dp
作为表征变压器的介电老化特征参数；
10.步骤3：根据变压器油浸纸预期dpv的判断标准，将3种受潮评价等级与3种老化评价等级对绝缘油纸的绝缘状态进行组合划分，得到x1～x9共计9种变压器油纸绝缘状态；
11.步骤4：将步骤1～步骤3中测量和计算绝缘油纸的老化特征参数，建立比较序列和
参考序列；
12.步骤5：消除单位、数量级对灰色关联分析的影响，采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理，并计算差向量；
13.步骤6：计算得到绝缘油纸的熵权—灰色关联度ri，基于评价指标对被测绝缘油纸试样的影响程度，将r1～r7从大到小进行排序，得出绝缘油纸的绝缘状态评估结果。
14.所述步骤1包括以下步骤：
15.s1.1：首先，制备各组不同老化、受潮程度油纸绝缘试样：
16.将绝缘油纸试样放置在130℃下进行加速热老化处理，制备不同绝缘油纸老化试样；
17.s1.2：分别在进行热老化0天、21天、42天时各取出一组绝缘油纸老化试样，为了制备不同受潮程度的油纸绝缘样品，将其放置于室温下进行自然受潮，使用高精度电子称对单张绝缘油纸进行称重至目标含水量：1％、2％、4％；
18.s1.3：使用idax
–
300在30℃下进行fds测量，测量电压设置为140v，测量频率为0.1mhz～1khz，取3次fds测量结果的平均值，作为最终测量结果；
19.s1.4：在fds测量完成后，再测量绝缘纸板聚合度dp值和绝缘油的酸值av。
20.所述步骤2中，采用加权最小二乘法，对分数poynting
–
thomson模型进行参数拟合，目标约束函数为：
[0021][0022]
式中：r为优化目标；m
′
fi
和m
″
fi
分别为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部拟合值；m
′
mi
和m
″
mi
分别为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部的测量值；
[0023]
i表示的含义为第i次频率测量点，23为在绝缘油纸频域介电测量时共测量了23个频率点，测量频域范围为(10-4
～103hz)。
[0024]
经参数拟合后，得到α、β、εa、τ与绝缘纸板聚合度dp值存在拟合度较高的函数关系，故选取α、β、εa、τ为评估油纸绝缘的老化特征参数。
[0025]
所述步骤2中，在对油纸绝缘进行频域介电测量时得到的是频域介电谱，测量得到的是介电常数(ε
*
)，介电常数和介电模量(m
*
(ω))之间的转化公式为：
[0026][0027]
将实测得到的每个频率点介电常数转化为介电模量形式，能够得到介电模量频谱。
[0028]
介电特征参量a
dp
、δa
dp
，计算公式如下所示：
[0029][0030][0031]
表示在103hz频率点的介电模量实部；表示在10-4
hz频率点的介电模量实部。
[0032]
介电特征参量a
dp
、δa
dp
与绝缘纸板聚合度dp也存在拟合度较高的函数关系，故介
电特征参量a
dp
、δa
dp
也能够表征油纸绝缘的老化状态。
[0033]
所述步骤3中，在dl/t 984
–
2018《油浸式变压器绝缘老化判断导则》中对矿物油变压器绝缘油纸的聚合进行了规定，划定了三个等级分别为500,250,150,诊断变压器状态：绝缘油纸聚合度dpv大于500时，油纸绝缘状态良好，当绝缘油纸聚合度dpv处于250和150之间时，油纸绝缘状态较差，需要引起注意。当绝缘油纸聚合度dpv小于150时，油纸绝缘状态老化严重，不宜继续使用。
[0034]
将3种受潮评价等级和3种老化评价等级，对绝缘油纸的绝缘状态进行组合划分，得到x1～x9共计9种变压器油纸绝缘状态；
[0035]
组合划分以绝缘纸板聚合度dp为1200、1000、650为界限、绝缘油纸含水量1.5％，2.5％为界限。
[0036]
dl/t 596
–
2021《电力设备预防性试验规程》中规定，对于500kv、330kv和220kv电压等级的油浸式电力变压器，其绝缘纸(绝缘纸板)的含水量分别不应超过1％、2％和3％。在此基础上，本发明以含水量m.c.为1.5％、2.5％为界限，将植物油纸绝缘系统的受潮状态由低到高分为干燥、潮湿、严重3种评价等级。当m.c.≤1.5％，判定植物油纸绝缘系统受潮状态为干燥；当1.5％＜m.c.≤2.5％，判定植物油纸绝缘系统受潮状态为潮湿；当m.c.＞2.5％，判定植物油纸绝缘系统受潮状态为严重。
[0037]
在dl/t 984
–
2018《油浸式变压器绝缘老化判断导则》中对矿物油变压器绝缘油纸的聚合进行规定，划定了三个等级分别为500,250,150,本发明以绝缘纸板聚合度dp为1000、650为界限，将植物油纸绝缘系统的老化状态由好至坏分为优秀、中等、严重3种评价等级。当1000＜dp≤1200，判定植物油纸绝缘系统老化状态为优秀；当650＜dp≤1000，判定植物油纸绝缘系统老化状态为中等；当dp≤650，判定植物油纸绝缘系统老化状态为严重。
[0038]
所述步骤4中，确定比较序列和参考序列：
[0039]
设待诊断绝缘油纸试样的绝缘状态为比较序列x0：
[0040]
x0＝[x0(1),x0(2),
…
,x0(7)]
[0041]
式中：x0(1)、x0(2)、x0(3)、x0(4)为分数poynting
–
thomson模型参数辨识后提取的特征参量α、β、εa、τ；x0(5)为复介电模量虚部的积分值a
dp
；x0(6)为复介电模量实部的幅值差δa
dp
；x0(7)为绝缘油的酸值av。
[0042]
建立不同老化、受潮程度绝缘油纸的绝缘状态为参考序列xi，i＝1，2，
…
，9：
[0043]
xi＝[xi(1),xi(2),
…
,xi(7)]
[0044]
其中：xi(1),xi(2),
…
,xi(7)(i＝1，2，
…
，9)中的为不同老化、受潮程度植物油纸绝缘系统的绝缘状态为参考序列；
[0045]
所述步骤5包括以下步骤：
[0046]
s5.1：采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理，均值化算子定义为：
[0047][0048]
式中：i代表序列的行数，i＝1，2，
…
，9；j代表序列的列数，j＝1，2，
…
，7。参考序列中各评价指标对应值：
[0049]
[0050]
s5.2：寻找最小差值和最大差值，将比较序列x0(j)中的每一项分别与参考序列xi(j)中的每一项作差，并取绝对值，得到差向量δi(j)：
[0051][0052]
上式中：x0(1)、x0(2)、x0(3)、x0(4)为分数poynting
–
thomson模型参数辨识后提取的特征参量α、β、εa、τ；x0(5)为复介电模量虚部的积分值a
dp
；x0(6)为复介电模量实部的幅值差δa
dp
；x0(7)为绝缘油的酸值av。
[0053]
采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理，均值化算子定义为：
[0054][0055]
式中：i代表序列的行数，i＝1，2，
…
，9；j代表序列的列数，j＝1，2，
…
，7。
[0056]
x1′
(1)x2′
(1)x9′
(1)x1′
(2)x2′
(2)x9′
(2)x1′
(7)x2′
(7)
……
x9′
(7)分别表示各个参考序列进行无量纲化处理后的均值化算子。
[0057]
s5.3：从差向量δi(j)中找出最大值和最小值，分别记为m和m：
[0058][0059]
所述步骤6中，记ξ为分辨系数，其物理意义为第i种状态下第j个评价指标与评价对象之间的关联程度，灰色关联系数r
ij
定义为：
[0060][0061]
第j个(j＝1，2，
…
，7)指标对第i种(i＝1，2，
…
，9)状态的指标比重p
ij
：
[0062][0063]
根据上式计算得到的指标比重p
ij
，求得指标熵值ej：
[0064][0065]
ln(p
ij
)是对指标比重p
ij
取对数后得到的。
[0066]
各评价指标的熵权wj：
[0067][0068]
将灰色关联系数r
ij
与各评价指标的熵权wj相乘，得到绝缘油纸的熵权-灰色关联度ri：
[0069][0070]
将计算得到的r1～r7从大到小进行排序，得到绝缘油纸的绝缘状态评估结果。
[0071]
本发明一种基于电磁超声的架空输电线的损伤检测方法，有益效果如下：
[0072]
1)针对传统单一指标评价无法真实反映变压器油纸绝缘状态的问题，本发明将分数阶理论运用到油纸绝缘的弛豫过程中，从分数poynting
–
thomson模型中得到了更多变压器油纸绝缘的介电评价指标，介电评价指标可表征变压器油纸绝缘状态。
[0073]
2)本发明中将变压器内部油纸绝缘系统可视为一个典型的灰色系统，基于熵权法和灰色系统理论将一系列模型老化特征量、介电特征参数和理化特征参数结合起来，提出一种评估油纸绝缘状态新方法，可实现对变压器油纸系统的绝缘状态准确评估。
附图说明
[0074]
图1为本发明的流程示意图。
[0075]
图2为油纸绝缘的试品测量试验平台结构示意图。
[0076]
图3(a)为老化特征参量α与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图；
[0077]
图3(b)为老化特征参量β与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图；
[0078]
图3(c)为老化特征参量εa与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图；
[0079]
图3(d)为老化特征参量τ与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图。
[0080]
图4(a)为介电特征参量a
dp
与绝缘纸板聚合度dp的拟合曲线图；
[0081]
图4(b)为介电特征参量δa
dp
与绝缘纸板聚合度dp的拟合曲线图。
具体实施方式
[0082]
基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，
[0083]
1)在变压器的评估特征量方面：利用参数辨识的方法扩展了频域介电谱中更多有效信息，提取了分数poynting
–
thomson模型中的特征参数α、β、εa、τ来作为表征变压器老化的特征指标；基于测量得到的介电模量频谱提出了介电特征参量adp、δadp作为表征变压器的介电老化特征指标。本发明中将多个油纸状态的评估指标结合起来实现对变压器油纸绝缘状态的评估，而不是直接应用介电模量频谱中的单一介电数值进行评估。
[0084]
2)参数辨识方面：采用加权最小二乘法对分数poynting
–
thomson模型进行参数辨识，并将参数辨识出的参数与油浸绝缘纸板聚合度dp拟合，验证模型老化特征参数可以表征变压器油纸的绝缘状态。
[0085]
3)在变压器绝缘状态评估标准方面：本发明根据dl/t 984
–
2018《油浸式变压器绝缘老化判断导则》将3种受潮评价等级与3种老化评价等级对油纸绝缘系统的绝缘状态进行组合划分，得到x1～x9共计9种变压器油纸绝缘状态，不同于传统评估变压器绝缘油纸状态方法只是对油纸绝缘中的单个指标：老化或受潮，进行评估。
[0086]
4)在变压器状态评估方面：将变压器油纸绝缘系统视为一个灰色系统，采用灰色关联分析方法处理多个老化特征参量，消除单位、数量级对灰色关联分析的影响，在本发明中采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理；提出熵权—灰色关联度ri评价指标评价油纸绝缘状态，实现了对变压器绝缘状态精准评估。
[0087]
如图1所示，包括以下步骤：
[0088]
步骤一：首先制备各组不同老化、受潮程度油纸绝缘试验样品，使用idax
–
300对制备的试样样品进行fds测量，测量油浸绝缘纸板聚合度dp和绝缘油中的酸值av，具体操作步骤如下：
[0089]
为了模拟实际变压器内部主绝缘的热老化过程，使用dhg
–
9425a鼓风干燥箱对油纸绝缘试样在130℃下进行加速热老化处理。分别在进行热老化0天、21天、42天时各取出一组油纸绝缘样品。为了制备不同受潮程度的油纸绝缘样品，首先在通风处用石油醚将油浸绝缘纸板表面的绝缘油擦拭干净，然后将其放置于室温下进行自然受潮，定期使用高精度电子称(精度为0.001g)对单张绝缘纸进行称重至目标含水量(1％、2％、4％)，绝缘纸的重量为m0，目标重量为m1，含水量m.c.定义为：
[0090][0091]
使用idax
–
300在(30
±
1)℃下进行fds测量，测量电压设置为140v，测量频率为0.1mhz～1khz。完成fds测量后，。
[0092]
步骤二：将测量得到的频域介电模量谱借助参数辨识得到老化特征参数α、β、εa、τ，并计算出各老化小组的介电特征参量a
dp
、δa
dp
；
[0093]
(1)由分数介电模型进行推导，建立复介电模量与绝缘系统的关系式：
[0094][0095][0096]
式中：α、β、γ、εa、εb和τ是六个独立的分数poynting
–
thomson模型的参量。其中，α参量是描述弛豫过程对称分布的形状参数，β和γ参量是描述弛豫过程不对称分布的形状参数，令0＜β＜γ＜α＜1；τ参量代表弛豫时间，与极化类别和弛豫峰出现的位置密切相关；εa是反映低频弛豫过程的介电参数，与弛豫峰的峰值(极大值)密切相关；εb是反映高频弛豫过程的介电参数，与弛豫峰的峰值(极小值)密切相关。
[0097]
(2)本发明中采用加权最小二乘法对分数poynting
–
thomson模型进行参数拟合，目标约束函数为：
[0098][0099]
式中：r为优化目标；m
′
fi
和m
″
fi
为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部拟合值；m
′
mi
和m
″
mi
为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部的测量值。通过参数辨识后，得到α、β、εa、τ与绝缘油绝缘老化状态密切相关，将上述四个模型参数作为油纸绝缘老化状态评估的特征参数。
[0100]
(3)计算介电特征参量a
dp
、δa
dp
值：
[0101]
在选取复介电模量虚部频谱在10-4
hz～103hz内的积分面积“a
dp”作为表征油纸绝缘老化状态的介电特征参量，研究表明，a
dp
与绝缘纸板聚合度dp存在较好的幂函数关系；选取复介电模量实部频谱在f＝103hz和f＝10-4
hz的幅值差“δa
dp”作为表征油纸绝缘老化状态的介电特征参量，如公式所示。研究表明，δa
dp
与绝缘纸板聚合度dp存在较好的指数函数关系；
[0102][0103][0104]
步骤三：根据dl/t 984
–
2018《油浸式变压器绝缘老化判断导则》中关于矿物油浸纸预期dpv的判断标准，将3种受潮评价等级和3种老化评价等级对油纸绝缘系统的绝缘状态进行组合划分，得到x1、x2、
…
、x9共计9种绝缘状态。
[0105]
本发明以绝缘纸板聚合度dp为1000、650为界限，将油纸绝缘系统的老化状态由好至坏分为优秀、中等、严重3种评价等级。
[0106]
当1000＜dp≤1200，判定油纸绝缘系统老化状态为优秀；当650＜dp≤1000，判定油纸绝缘系统老化状态为中等；当dp≤650，判定油纸绝缘系统老化状态为严重。当m.c.≤1.5％，判定油纸绝缘系统老化状态为干燥；当1.5％＜m.c.≤2.5％，判定油纸绝缘系统老化状态为潮湿；当m.c.＞2.5％，判定油纸绝缘系统老化状态为严重。将上述3种受潮评价等级和3种老化评价等级对油纸绝缘系统的绝缘状态进行组合划分，得到x1、x2、
…
、x9共计9种绝缘状态。如表1所示。
[0107]
表1油纸绝缘系统的绝缘状态划分
[0108][0109]
令x(1)～x(7)分别表示参考特征参量α、β、εa、τ、a
dp
、δa
dp
和av，其中前六个特征参量为无单位量纲，特征参量av的单位为mg koh/g。选取最接近预期目标的九个老化受潮样品作为参考样品，根据本发明中所示测量流程分别进行介电模量谱测量和绝缘油酸值测量，得到样品的参考状态向量如表2所示。
[0110]
表2油纸绝缘样品的参考状态向量
[0111][0112]
步骤四：将步骤一至步骤三中测量和计算油纸绝缘系统的老化特征参数，建立比较序列和参考序列；
[0113]
确定比较序列和参考序列设待诊样品的绝缘状态为比较序列x0：
[0114]
x0＝[x0(1),x0(2),
…
,x0(7)]
[0115]
式中：x0(1)、x0(2)、x0(3)、x0(4)为分数p
–
t模型提取的特征参量α、β、εa、τ；x0(5)为复介电模量虚部的积分值a
dp
；x0(6)为复介电模量实部的幅值差δa
dp
；x0(7)为绝缘油的酸值av。不同老化、受潮程度油纸绝缘系统的绝缘状态为参考序列xi(i＝1，2，
…
，9)：
[0116]
xi＝[xi(1),xi(2),
…
,xi(7)]
[0117]
步骤五：消除单位、数量级对灰色关联分析的影响，采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理利用下式对表1中各评价指标进行无量纲化处理，结果如表3所示。并计算差向量。不同老化、受潮程度油纸绝缘系统的绝缘状态为参考序列xi(i＝1，2，
…
，9)：
[0118]
xi＝[xi(1),xi(2),
…
,xi(7)]
[0119]
为了消除单位、数量级对灰色关联分析的影响，采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理。均值化算子定义为：
[0120][0121]
表3参考向量的无量纲化处理
[0122]
[0123]
步骤六：计算得到油纸绝缘系统的熵权-灰色关联度ri，基于评价指标对被测样品的影响程度，将r1～r7从大到小进行排序，得到油纸绝缘系统的绝缘状态评估结果。根据公式(计算各评价指标的比重p
ij
和熵权wj，如表4、表5所示。第j个(j＝1，2，
…
，7)指标对第i种(i＝1，2，
…
，9)状态的指标比重p
ij
：
[0124][0125]
根据上式中计算得到p
ij
求指标熵值ej：
[0126][0127]
各评价指标的熵权wj：
[0128][0129]
表4各评价指标的比重p
ij
[0130][0131]
表5各评价指标的熵权wj
[0132][0133]
由表4可知，指标τ、a
dp
、δa
dp
和av的熵权值较小，表明上述评价指标的离散程度较大，对油纸绝缘状态评估结果影响较大。式中：ri为第i个评价指标与被测样品之间的灰色关联度，ri值越大则表示关联程度越大，反之则表示关联程度越小。
[0134]
将r1～r7从大到小进行排序，该顺序反映了各评价指标对被测样品的影响程度，最大值对应的标准状态即为该样品最接近的绝缘状态。熵权
–
灰色关联度能够根据各评价指标的变化程度进行客观赋值，避免定量评估结果和定性分析结果出现较大差异，为准确评估油纸绝缘系统绝缘状态提供保障。
[0135]
实施例：
[0136]
为了验证分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权评估法用于油纸绝缘状态评估的可行性，根据步骤一中的样品预处理方法和加速热老化试验重新制备了两组个油纸绝缘
样品，使用idax
–
300仪器在(30
±
1)℃下进行fds测量，得到样品的介电模量频谱图像。
[0137]
采用步骤一中的测量方法，样品1、2绝缘纸板聚合度dp和含水量mc.测量结果如下：
[0138]
1)样品1：dp＝999，m.c.＝3.21％。
[0139]
2)样品2：dp＝735，m.c.＝3.15％。
[0140]
对测量得到的复介电模量虚部频谱进行参数辨识，辨识结果如表6所示。
[0141]
表6样品1和样品2参数辨识结果
[0142][0143]
并根据步骤二中的计算方法，分别计算样品的样品1、2的a
dp
和δa
dp
，计算结果如表7所示。按照步骤一中酸值测量流程，对样品1、2的绝缘油进行酸值测量，测量结果分别为av＝0.09mg koh/g、av＝0.38mg koh/g。
[0144]
表7样品1和2介电特征参量计算结果
[0145][0146]
根据以上计算测量结果，采用步骤四，步骤五中的构造样品1和2的比较向量如表8所示。
[0147]
表8样品1和2的比较向量
[0148][0149]
应用步骤五、步骤六中的灰色熵权评估计算方法，由表3、表7计算得到s1和s2样品的熵权
–
灰色关联度如表8所示。
[0150]
表9实验室样品1和2与参考状态的熵权
–
灰色关联度
[0151][0152]
由表9可知，样品1和2的最大灰色关联度分别为0.773和0.830，表明样品1、2的绝缘状态分别与参考状态x3、x6最为接近。
[0153]
对比本发明中评估结果和实际测量结果如表10所示。
[0154]
表10评估结果与实际测量结果对比
[0155][0156]
由表10可知，使用本发明提出方法对实验室油纸绝缘样品进行状态评估时，变压器绝缘油纸的老化和受潮状态评估结果判断准确，验证了分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权评估法用于评估油纸系统绝缘状态方法的可行性。
[0157]
图3(a)为老化特征参量α与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图；
[0158]
图3(b)为老化特征参量β与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图；
[0159]
图3(c)为老化特征参量εa与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图；
[0160]
图3(d)为老化特征参量τ与绝缘纸板聚合度dp的拟合关系曲线图。
[0161]
从3(a)～图3(d)中可以得到老化特征参量α、β、εa、τ四个模型参数与绝缘纸板聚合度dp呈现出良好的函数拟合关系，而绝缘纸板聚合度dp则是表征绝缘油纸绝缘状态的特征指标，由此说明四个模型参数α、β、εa、τ可以表征绝缘油纸的绝缘状态。
[0162]
图4(a)为介电特征参量a
dp
与绝缘纸板聚合度dp的拟合曲线图；
[0163]
图4(b)为介电特征参量δa
dp
与绝缘纸板聚合度dp的拟合曲线图。
[0164]
从图4(a)、图4(b)中可以得到介电特征参量a
dp
、δa
dp
四个模型参数与绝缘纸板聚合度dp呈现出良好的函数拟合关系，而绝缘纸板聚合度dp则是表征绝缘油纸绝缘状态的特征指标，由此说明介电特征参量a
dp
、δa
dp
可以表征绝缘油纸的绝缘状态。
[0165]
本发明将分数阶理论运用到电介质的弛豫过程中，扩展了频域介电模量中更多的介电信息。将整个变压器内部视为灰色系统经过一系列的计算，得到各个指标的灰色关联度，到达了应用多个评价指标(介电、理化指标)评估变压器油纸绝缘状态的目的，经验证可实现对变压器油纸绝缘状态的准确评估。

技术特征：
1.基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：制备不同老化、受潮程度的多组绝缘油纸试样，对制备的绝缘油纸试样进行fds测量，并测量绝缘纸板聚合度dp值和绝缘油的酸值a
v
；步骤2：提取分数poynting
–
thomson模型中的特征参数α、β、ε
a
、τ来作为表征变压器的老化特征参数，基于测量得到的介电模量频谱提出了介电特征参量a
dp
、δa
dp
作为表征变压器的介电老化特征参数；步骤3：根据变压器油浸纸预期dp
v
的判断标准，将3种受潮评价等级与3种老化评价等级对绝缘油纸的绝缘状态进行组合划分，得到x1～x9共计9种变压器油纸绝缘状态；步骤4：将步骤1～步骤3中测量和计算绝缘油纸的老化特征参数，建立比较序列和参考序列；步骤5：消除单位、数量级对灰色关联分析的影响，采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理，并计算差向量；步骤6：计算得到绝缘油纸的熵权—灰色关联度r
i
，基于评价指标对被测绝缘油纸试样的影响程度，将r1～r7从大到小进行排序，得出绝缘油纸的绝缘状态评估结果。2.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤1包括以下步骤：s1.1：将绝缘油纸试样进行加速热老化处理，制备不同绝缘油纸老化试样；s1.2：分别在进行热老化0天、21天、42天时各取出一组绝缘油纸老化试样，将其放置于室温下进行自然受潮，对单张绝缘油纸进行称重至目标含水量：1％、2％、4％；s1.3：在30℃下进行fds测量，测量电压设置为140v，测量频率为0.1mhz～1khz，取3次fds测量结果的平均值，作为最终测量结果；s1.4：在fds测量完成后，再测量绝缘纸板聚合度dp值和绝缘油的酸值a
v
。3.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤2中，采用加权最小二乘法，对分数poynting
–
thomson模型进行参数拟合，目标约束函数为：式中：r为优化目标；m
′
fi
和m
″
fi
分别为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部拟合值；m
′
mi
和m
″
mi
分别为第i个测量频率下复介电模量实部、虚部的测量值；i表示的含义为第i次频率测量点；经参数拟合后，得到α、β、ε
a
、τ与绝缘纸板聚合度dp值存在拟合度较高的函数关系，故选取α、β、ε
a
、τ为评估油纸绝缘的老化特征参数。4.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤2中，在对油纸绝缘进行频域介电测量时得到的是频域介电谱，测量得到的是介电常数(ε
*
)，介电常数和介电模量(m
*
(ω))之间的转化公式为：
将实测得到的每个频率点介电常数转化为介电模量形式，能够得到介电模量频谱；介电特征参量a
dp
、δa
dp
，计算公式如下所示：，计算公式如下所示：，计算公式如下所示：表示在103hz频率点的介电模量实部；表示在10-4
hz频率点的介电模量实部；介电特征参量a
dp
、δa
dp
与绝缘纸板聚合度dp也存在拟合度较高的函数关系，故介电特征参量a
dp
、δa
dp
也能够表征油纸绝缘的老化状态。5.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤3中，将3种受潮评价等级和3种老化评价等级，对绝缘油纸的绝缘状态进行组合划分，得到x1～x9共计9种变压器油纸绝缘状态；以含水量m.c.为1.5％、2.5％为界限，将植物油纸绝缘系统的受潮状态由低到高分为干燥、潮湿、严重3种评价等级；当m.c.≤1.5％，判定植物油纸绝缘系统受潮状态为干燥；当1.5％＜m.c.≤2.5％，判定植物油纸绝缘系统受潮状态为潮湿；当m.c.＞2.5％，判定植物油纸绝缘系统受潮状态为严重；以绝缘纸板聚合度dp为1000、650为界限，将植物油纸绝缘系统的老化状态由好至坏分为优秀、中等、严重3种评价等级；当1000＜dp≤1200，判定植物油纸绝缘系统老化状态为优秀；当650＜dp≤1000，判定植物油纸绝缘系统老化状态为中等；当dp≤650，判定植物油纸绝缘系统老化状态为严重。6.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤4中，确定比较序列和参考序列：设待诊断绝缘油纸试样的绝缘状态为比较序列x0：x0＝[x0(1),x0(2),
…
,x0(7)]式中：x0(1)、x0(2)、x0(3)、x0(4)为分数poynting
–
thomson模型参数辨识后提取的特征参量α、β、ε
a
、τ；x0(5)为复介电模量虚部的积分值a
dp
；x0(6)为复介电模量实部的幅值差δa
dp
；x0(7)为绝缘油的酸值a
v
；建立不同老化、受潮程度绝缘油纸的绝缘状态为参考序列x
i
，i＝1，2，
…
，9：x
i
＝[x
i
(1),x
i
(2),
…
,x
i
(7)]其中：x
i
(1),x
i
(2),
…
,x
i
(7)(i＝1，2，
…
，9)中的为不同老化、受潮程度植物油纸绝缘系统的绝缘状态为参考序列。7.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤5包括以下步骤：s5.1：采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理，均值化算子定义为：
式中：i代表序列的行数，i＝1，2，
…
，9；j代表序列的列数，j＝1，2，
…
，7；参考序列中各评价指标对应值：s5.2：寻找最小差值和最大差值，将比较序列x0(j)中的每一项分别与参考序列x
i
(j)中的每一项作差，并取绝对值，得到差向量δ
i
(j)：上式中：x0(1)、x0(2)、x0(3)、x0(4)为分数poynting
–
thomson模型参数辨识后提取的特征参量α、β、ε
a
、τ；x0(5)为复介电模量虚部的积分值a
dp
；x0(6)为复介电模量实部的幅值差δa
dp
；x0(7)为绝缘油的酸值a
v
；采用均值化算子对各参考序列进行无量纲化处理，均值化算子定义为：式中：i代表序列的行数，i＝1，2，
…
，9；j代表序列的列数，j＝1，2，
…
，7；x1′
(1)x2′
(1)x9′
(1)x1′
(2)x2′
(2)x9′
(2)x1′
(7)x2′
(7)
……
x9′
(7)分别表示各个参考序列进行无量纲化处理后的均值化算子；s5.3：从差向量δ
i
(j)中找出最大值和最小值，分别记为m和m：8.根据权利要求1所述基于分数poynting
–
thomson模型和灰色熵权的变压器油纸绝缘状态评估方法，其特征在于：所述步骤6中，记ξ为分辨系数，其物理意义为第i种状态下第j个评价指标与评价对象之间的关联程度，灰色关联系数r
ij
定义为：第j个(j＝1，2，
…
，7)指标对第i种(i＝1，2，
…
，9)状态的指标比重p
ij
：根据上式计算得到的指标比重p
ij
，求得指标熵值e
j
：ln(p
ij
)是对指标比重p
ij
取对数后得到的；各评价指标的熵权w
j
：
将灰色关联系数r
ij
与各评价指标的熵权w
j
相乘，得到绝缘油纸的熵权-灰色关联度r
i
：将计算得到的r1～r7从大到小进行排序，得到绝缘油纸的绝缘状态评估结果。

技术总结
基于分数Poynting


技术研发人员：张涛 蒋林高 黎鹏 江世杰 时光蕤
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司超高压分公司
技术研发日：2023.05.21
技术公布日：2023/10/11