提高介質(zhì)損的測(cè)量精度判斷電力變壓器的絕緣

韓 東

(新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 石河子 832000)

1 介質(zhì)損失測(cè)量意義

據(jù)資料顯示，2013-2018年，我國(guó)變壓器產(chǎn)量分別為15.2億KVA、17.0億KVA、16.5億KVA、16.7億KVA、15.9億KVA和17.6億KVA，產(chǎn)量呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)變化。2013-2018年，中國(guó)變壓器產(chǎn)量增速分別為6.43%、11.69%、-2.76%、-4.50%和17.6%，受到經(jīng)濟(jì)下行壓力加大等因素的影響，變壓器市場(chǎng)需求萎縮?；谖覈?guó)電力變壓器技術(shù)的發(fā)展水平，提升介質(zhì)損失測(cè)量精度有助于明確電力變壓器的技術(shù)缺陷，支持技術(shù)人員和研發(fā)人員對(duì)電力變壓器的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能設(shè)定進(jìn)行合理優(yōu)化，有效提高我國(guó)電力變壓器的絕緣穩(wěn)定性。公開資料顯示，2011-2017年，中國(guó)變壓器相關(guān)技術(shù)專利申請(qǐng)數(shù)量分別為5753件、7932件、8954件、7575件、11409件、12844件、14106件，呈現(xiàn)了明顯的上升趨勢(shì)，意味著我國(guó)高度重視電力變壓器技術(shù)的發(fā)展。2011-2018年，中國(guó)電力變壓器行業(yè)銷售收入分別為1784.36億元、1950.0億元、2263.0億元、2482.23億元、2429.36億元、2726.75億元、2693.55億元和2850.5億元，銷售增速分別為9.3%、16.1%、9.7%、-2.1%、12.20%、-1.2%、5.8%，數(shù)據(jù)表明，我國(guó)具有龐大的電力變壓器市場(chǎng)規(guī)模，介質(zhì)損失是絕緣介質(zhì)在交流電場(chǎng)作用下的能量損失，對(duì)于判斷電力變壓器的絕緣能力，分析電力變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性具有重要意義。

2 介質(zhì)損測(cè)量精度提升措施

2.1 消除電場(chǎng)干擾

相關(guān)調(diào)查研究表明，介質(zhì)損測(cè)量精度與電場(chǎng)干擾具有密不可分的關(guān)系，因此，可通過消除電場(chǎng)干擾，提高介質(zhì)損的測(cè)量精度。以下對(duì)其進(jìn)行具體介紹：

基于電力變壓器絕緣判斷的重要性，在介質(zhì)損測(cè)量中消除電場(chǎng)干擾主要有3種方法，分別為屏蔽法、倒相法和移相法?；陔妶?chǎng)干擾的產(chǎn)生來源和介質(zhì)損失的產(chǎn)生原因，屏蔽法在精度提升上主要來源于被試品的隔離，金屬罩和金屬網(wǎng)罩可有效屏蔽電場(chǎng)干擾信息，使得介質(zhì)損失的測(cè)量環(huán)境得以大大優(yōu)化；倒相法在介質(zhì)損測(cè)量精度提升中具有較大的優(yōu)勢(shì)，其原理在于由A、B、C3項(xiàng)輪流選取試驗(yàn)電源，在正反2種極性下，對(duì)測(cè)試對(duì)象的介損值進(jìn)行獲知，繼而在3項(xiàng)中選取正反2種極限下介損值差值最小的一組，將其和介質(zhì)損失測(cè)試結(jié)果的平均值作為介質(zhì)損失的近似值。移相法與倒相法在提升介質(zhì)損失測(cè)量精度原理上具有較大的相似性，該方法主要利用調(diào)節(jié)移相器的方式，使得可測(cè)量的介質(zhì)精度與真實(shí)值一致，接著通過反向測(cè)量，取二者的平均值得到最終測(cè)量結(jié)果。屏蔽法、倒相法和移相法在消除電場(chǎng)干擾上具有明顯的作用效果，可切實(shí)提高介質(zhì)損測(cè)量精度，支持相關(guān)技術(shù)人員分析電力變壓器的絕緣性能和絕緣穩(wěn)定性。

2.2 消除表面泄露

近年來，我國(guó)電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，電力變壓器的應(yīng)用環(huán)境呈現(xiàn)了明顯的復(fù)雜性演變趨勢(shì)，電力變壓器運(yùn)行環(huán)境中存在的化學(xué)元素以及空氣中存在的水分均將對(duì)介質(zhì)損的測(cè)量精度產(chǎn)生影響。因此，可通過消除表面泄漏，有效提高介質(zhì)損的測(cè)量精度，以下對(duì)其進(jìn)行介紹：

在實(shí)際測(cè)量中，考慮到表面泄漏對(duì)介質(zhì)損測(cè)量值的影響，可應(yīng)用屏蔽原理排除試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)的無(wú)關(guān)因素和影響因素，研究表明，軟裸金屬線和金屬片對(duì)于屏蔽外界無(wú)關(guān)因素和清除表面泄漏電流具有多樣性優(yōu)勢(shì)。因此，可在介質(zhì)損失測(cè)量中采用軟裸金乳腺或金屬片在試品表面形成屏蔽環(huán)，將屏蔽環(huán)與電橋屏蔽連接，使得表面的泄漏電流可與橋臂隔離。值得一提的是，要想在保證介質(zhì)損失測(cè)量精度的前提下減小對(duì)原電場(chǎng)分布的改變，應(yīng)盡量使屏蔽環(huán)的裝設(shè)靠近CX接線端。基于電流表面泄漏對(duì)介質(zhì)損失測(cè)量精度的影響，筆者研究了電流表面泄漏的原因，得知試品電容量較小和表面受潮臟污對(duì)表面泄露電流流量的影響較為明顯。因此，在電力變壓器運(yùn)行管理中相關(guān)維護(hù)檢修人員應(yīng)加強(qiáng)環(huán)境管理，定期對(duì)電容器表面進(jìn)行臟污清理，避免運(yùn)行環(huán)境濕度過大。

2.3 消除磁場(chǎng)干擾

研究表明，電磁干擾對(duì)介質(zhì)損失測(cè)量精度的影響十分明顯，因此，可通過消除磁場(chǎng)干擾提高介質(zhì)損失測(cè)量的精度。

在實(shí)驗(yàn)前，相關(guān)測(cè)量人員可對(duì)測(cè)試環(huán)境中的磁場(chǎng)干擾進(jìn)行測(cè)試，深入分析磁場(chǎng)干擾的來源，并進(jìn)行針對(duì)性排除和治理。磁場(chǎng)干擾檢測(cè)中主要的檢測(cè)方法是接通電橋電源觀察檢流計(jì)開關(guān)在斷開位置時(shí)光帶的拓展情況，若出現(xiàn)光帶寬度拓展現(xiàn)象，則表明試驗(yàn)環(huán)境中存在磁場(chǎng)干擾現(xiàn)象，測(cè)量人員可根據(jù)光帶拓展的寬度來判斷磁場(chǎng)干擾的實(shí)際效果。若光帶拓展寬度較寬，則意味著實(shí)驗(yàn)環(huán)境中磁場(chǎng)干擾的強(qiáng)度較大，而光帶寬度越小，則意味著磁場(chǎng)干擾的強(qiáng)度越小。消除磁場(chǎng)干擾常用的方式是隔離干擾源，實(shí)驗(yàn)人員應(yīng)將電橋分布位置盡量遠(yuǎn)離干擾源，或采用轉(zhuǎn)動(dòng)電橋的方式分析光帶寬度的拓展情況，選取光帶寬度拓展最小的位置進(jìn)行介質(zhì)損失測(cè)量，保證電力變壓器絕緣精度判斷的準(zhǔn)確性。

2.4 消除溫度影響

為明確溫度對(duì)電力變壓器介質(zhì)損失測(cè)量精度的影響，便于比較設(shè)備絕緣情況，以油浸式電力變壓器為基礎(chǔ)，設(shè)定繞組介質(zhì)損失在5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃、50℃、55℃和60℃條件下的換算系數(shù)分別為1.15、1.3、1.5、1.7、1.9、2.2、2.5、3.0、3.5、4.0、4.6和4.5，電力變壓器介質(zhì)損失將隨著溫度的升高而升高。研究表明，35kV以下高壓繞組電壓等級(jí)的電力變壓器介質(zhì)損失允許值在溫度10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃下分別為1.0、1.5、2.0、3.0、4.0、6.0和8.0；35KV以上高壓繞組電壓等級(jí)的電力變壓器介質(zhì)損失允許值在溫度10℃、20℃、30℃、40℃、50℃、60℃和70℃下的值分別為1.5、2.0、3.0、4.0、6.0、8.0和11.0。由于我國(guó)電力基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模較大，電力變壓器的分布環(huán)境較為復(fù)雜，電力變壓器的實(shí)際平均運(yùn)行溫度難以測(cè)定，為保證介質(zhì)損失測(cè)量結(jié)果的精確性，測(cè)量人員需要將測(cè)量環(huán)境中的溫度控制在10～30℃以內(nèi)，以保證電力變壓器絕緣分析結(jié)果準(zhǔn)確性。

3 基于介質(zhì)損的電力變壓器絕緣判斷

3.1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是人工智能領(lǐng)域新興的研究熱點(diǎn)，是以人體的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)研發(fā)的信息模型，具有較高的信息傳輸效率和較為穩(wěn)定的運(yùn)算結(jié)構(gòu)，目前，我國(guó)正全面推進(jìn)現(xiàn)代化建設(shè)，電力變壓器運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，在判斷電力變壓器絕緣性能的過程中可以有效應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法具有非線性特征、非局限性特征、非常定性特征、非凸性特征，前向網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)能夠有效整合電力變壓器運(yùn)行環(huán)境中的絕緣信息，導(dǎo)出介質(zhì)損失測(cè)量結(jié)果，支持相關(guān)技術(shù)人員對(duì)絕緣介質(zhì)的損失情況進(jìn)行判斷，并以此為基礎(chǔ)推斷電力變壓器的絕緣性能和絕緣穩(wěn)定性。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法可用于電力變壓器的絕緣老化診斷，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的TIFDANN結(jié)構(gòu)可模擬電力變壓器的運(yùn)行環(huán)境，揭示電力變壓器的運(yùn)行機(jī)制，借助反向網(wǎng)絡(luò)形成介質(zhì)損失檢測(cè)模塊，更好地處理電力變壓器絕緣老化診斷中的模糊問題，深入挖掘電力變壓器絕緣老化的產(chǎn)生來源。由此可知，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在基于介質(zhì)損的電力變壓器絕緣判斷中的應(yīng)用可支持技術(shù)人員和電力網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員提高絕緣診斷效率和絕緣診斷的精準(zhǔn)性[1]。

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在電力變壓器絕緣判斷中還具有自主學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)、聯(lián)想儲(chǔ)存優(yōu)勢(shì)和高速尋求最優(yōu)化解的優(yōu)勢(shì)，自主學(xué)習(xí)優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在技術(shù)人員輸入介質(zhì)損失檢測(cè)圖像樣板以及對(duì)應(yīng)的識(shí)別結(jié)果后，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就會(huì)自動(dòng)學(xué)習(xí)這種介質(zhì)損失的檢測(cè)規(guī)律，合理預(yù)測(cè)電力變壓器的絕緣損失情況，有助于電力系統(tǒng)維護(hù)檢修人員提高設(shè)備管理的有效性，降低電力系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法在基于介質(zhì)損的電力變壓器絕緣診斷中所體現(xiàn)出的聯(lián)想儲(chǔ)存功能是依托其反饋網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的，這種聯(lián)想儲(chǔ)存功能可支持技術(shù)人員掌握電力變壓器絕緣性能的變化規(guī)律，繼而優(yōu)化電力變壓器的技術(shù)設(shè)計(jì)和能力設(shè)計(jì)[2]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可利用神經(jīng)生理與認(rèn)知科學(xué)研究人類思維及智能機(jī)理，其在高速尋求最優(yōu)化解上所體現(xiàn)出來的優(yōu)勢(shì)可有效提高介質(zhì)損失測(cè)算的效率，利用計(jì)算機(jī)的高速運(yùn)算能力，有效明確電力變壓器的絕緣狀態(tài)。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)測(cè)算

物聯(lián)網(wǎng)是通信網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的拓展應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)延伸，可利用感知技術(shù)與智能裝置對(duì)物理世界進(jìn)行感知識(shí)別，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸互聯(lián)進(jìn)行計(jì)算處理和知識(shí)挖掘，物聯(lián)網(wǎng)測(cè)算在電力變壓器絕緣分析中具有較高的作用優(yōu)勢(shì)。

相關(guān)調(diào)查表明，2015-2019年，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模分別為7500.0億元、9400.0億元、11731.0億元14558.0億元、17994.0億元，市場(chǎng)規(guī)模增速分別為25.33%、24.80%、24.10%和23.60%，預(yù)計(jì)2020年，我國(guó)物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到22079.0億元。由此可知，物聯(lián)網(wǎng)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用具有堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，基于介質(zhì)損測(cè)算的電力物聯(lián)網(wǎng)絕緣判斷對(duì)于維護(hù)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)具有舉足輕重的意義和影響，物聯(lián)網(wǎng)測(cè)算技術(shù)能夠與電力變壓器相連接，分析電力變壓器的運(yùn)行穩(wěn)定性，根據(jù)電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)計(jì)算電力變壓器絕緣介質(zhì)的損失量，技術(shù)人員可在電力變壓器運(yùn)行環(huán)境中靈活布設(shè)智能傳感器，對(duì)電力變壓器的運(yùn)行狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)獲取，在客戶端分析電力變壓器的絕緣信息和絕緣狀態(tài)，以此導(dǎo)出絕緣介質(zhì)的損失量，判斷影響絕緣介質(zhì)測(cè)量精度的相關(guān)因素。如：電場(chǎng)干擾、磁場(chǎng)干擾、表面泄漏和溫度影響等，計(jì)算影響因素的影響系數(shù)，借助互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)進(jìn)行系數(shù)測(cè)算和偏差修正，使電力變壓器絕緣判斷具有較高的精準(zhǔn)性。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，當(dāng)前我國(guó)正處于現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，基于電力變壓器在電力系統(tǒng)中的重要地位，應(yīng)以提升介質(zhì)損失的測(cè)量精度為基礎(chǔ)，精準(zhǔn)判斷電力變壓器的絕緣性能。研究表明，消除電場(chǎng)干擾、表面泄漏、磁場(chǎng)干擾和溫度影響可有效提高介質(zhì)損失的測(cè)量精度，而人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和物聯(lián)網(wǎng)測(cè)算可基于介質(zhì)損失測(cè)量結(jié)果判斷電力變壓器的絕緣性能。