基于混合量熱原理的新型接地裝置比熱容測試研究

莊新偉，姜 鵬，楊健銘，柏曉路，務孔永，楊易斐

(1.中國南方電網(wǎng)有限責任公司超高壓輸電公司貴陽局，貴州 貴陽 550081；2.中國電力工程顧問集團中南電力設計院有限公司，湖北 武漢 430071；3.河南四達電力設備股份有限公司，河南 長葛 461503)

新型接地裝置比熱容測試是建立在對新型接地裝置比熱容參數(shù)估計和量化特征分析基礎上，分析新型接地裝置比熱容測試的量化參數(shù)[1-2]，但是在這個過程中，新型接地裝置比熱容測試參數(shù)的整體輸出穩(wěn)定性不高，對此文獻[3]針對特高壓某站主變壓器交接試驗中出現(xiàn)的局部放電異常現(xiàn)象，首次發(fā)現(xiàn)了特高壓主體變壓器內(nèi)存在的磁屏蔽接地線斷裂重大缺陷，判斷缺陷類型并進行精準定位，為成功消除該缺陷提供應用前提，但是其整體穩(wěn)定性沒有得到驗證。文獻[4]為了解決CAD中逆向主動設計問題，推導出滿足約束條件的離散曲面公式，調整B樣條度量函數(shù)的節(jié)點向量或控制頂點來調節(jié)曲面形狀，由此提出以任意多條空間離散曲線為測地線構造離散曲面的算法，并可以滿足各種不同需求的曲面，但是其測試效果較差。文獻[5]基于有限元與電路理論結合的方法，建立了精確的輸電線路接地暫態(tài)模型，探究了地表下存在巖層區(qū)的輸電桿塔沖擊降阻優(yōu)化方法，為山區(qū)桿塔接地改造和優(yōu)化提供參考和理論支持，但是其比熱容測試的準確性較低。

針對上述問題，本文提出基于混合量熱原理的新型接地裝置比熱容測試方法。通過構建新型接地裝置比熱容測試約束參數(shù)模型，實現(xiàn)新型接地裝置比熱容測試過程中的混合熱量參數(shù)分析，整合空間電荷所引起的比熱容差異性和靜態(tài)介電常數(shù)和光頻介電系數(shù)，實現(xiàn)新型接地裝置比熱容參數(shù)測試和量化評估，展示了本文方法在提高新型接地裝置比熱容測試精度方面的優(yōu)越性能，此類新型接地裝置比熱容測試問題的良好解決可以避免觸電事故的發(fā)生，保證其使用壽命和地網(wǎng)穩(wěn)定性，進而保證了人們的生命財產(chǎn)安全，具有一定的經(jīng)濟效益。

1 新型接地裝置比熱容測試的約束參量及特征提取

1.1 新型接地裝置比熱容測試的約束參量

為了實現(xiàn)基于混合量熱原理的新型接地裝置比熱容測試，首先需要構建新型接地裝置比熱容測試約束參數(shù)模型[6]。

采用分層分布區(qū)域控制的方法，可以得到新型接地裝置比熱容測試的動態(tài)權屬函數(shù)g(e)和模糊度因子q，g(e)表示為

(1)

pj=ki+((x+q)+g(e)

(2)

聯(lián)合式(1)和式(2)，根據(jù)對新型接地裝置比熱容的約束參數(shù)識別結果完成性能參數(shù)穩(wěn)定性分析[8]。

1.2 新型接地裝置比熱容測試的過程控制

為了進行新型接地裝置比熱容測試的過程控制，采用介電響應特征分析方法實現(xiàn)新型接地裝置比熱容測試過程中的混合熱量參數(shù)分析[9]。

假設新型接地裝置比熱容測試的線性迭代模型Va的自適應控制律sa表示為

(3)

式中：Ra為新型接地裝置比熱容的驟升電壓；Ia(s)為無功功率，W；La為新型接地裝置的電感參數(shù),H；Eb(s)為接地裝置的模糊狀態(tài)量化識別誤差，將耦合支路復制到區(qū)域a組中，采用混合量熱原理，得到新型接地裝置比熱容傳輸密度為

p(w)=Fm+Ag+sa

(4)

式中：Fm為新型接地裝置比熱容的磁動勢；Ag為加速梯度振蕩幅度,J(kg·K)；g為區(qū)域a節(jié)點i子問題的最優(yōu)解，在新型接地裝置比熱容參數(shù)識別過程中，選擇新型接地裝置比熱容的耦合電勢，多個子區(qū)域并行求解參數(shù)h(r)表示：

(5)

式中：Kb為增廣拉格朗日乘子向量；s為新型接地裝置比熱容的變化幅值，J/(kg·K)；θ(s)為新型接地裝置比熱容的沖激響應函數(shù)，結合耦合控制，得到新型接地裝置比熱容識別的量化參數(shù)辨識模型可表示為

(6)

利用相鄰區(qū)域耦合支路狀態(tài)識別的方法，得到新型接地裝置比熱容參數(shù)測量的功率損耗為

T(s)=σ(s)+(J+B)

(7)

式中：J為系統(tǒng)功率效率；B為模塊功率密度，W/kg;σ(s)為微分時間。求得新型接地裝置的導通電流與導通電壓的關系[10]，如圖1所示。

圖1 新型接地裝置的導通電流與導通電壓的關系

在新型接地裝置器件正向導通電流約束下，接地裝置的比熱容控制函數(shù)描述為

(8)

引入對應的模塊導通電阻，模塊觸發(fā)電流Ii可表示為

(9)

式中：Kb為漏源極電壓，V;Kt為互感值，H;Ra為模塊正向導通性能參數(shù)。采用介電響應特征分析方法實現(xiàn)新型接地裝置比熱容測試過程中的混合熱量參數(shù)分析，提高新型接地裝置比熱容測試的收斂性水平[11]。

2 新型接地裝置比熱容測試優(yōu)化

2.1 新型接地裝置比熱容混合量熱分析

采用浮空場限環(huán)結作為新型接地裝置比熱容測試的耦合元件[12]，得到新型接地裝置比熱容模塊漏電流Q為

(10)

式中：θ為電流與溫度強相關關系；μ為導通電流之間模塊的功耗，W;M為恢復時間，ms；在增廣拉格朗日乘子向量約束下，新型接地裝置比熱容分布的漏磁系數(shù)f，比熱容的原始殘差模值為

Et=Q+Kp+f

(11)

采用差拍控制的方法，構建介電模量參數(shù)辨識模型，將介電模量識別結構分為結構，得到新型接地裝置比熱容測試的比例增益Kp，J/(kg·K)。在熱激勵去極化電流測試過程中[13]，得到介電常數(shù)虛部頻譜分布特征量為

v(u)=Lq+UJ+UE

(12)

式中：Lq為新型接地裝置比熱容測量的變化率；UJ為低頻區(qū)的積分時間，ms；UE為模糊辨識特征量。采用電介質的極化和電導損耗的聯(lián)合分析的方法[14]，得到復介電常數(shù)模為

(13)

式中：Pl為復介電常數(shù)；LJ為電頻范圍內(nèi)復介電積分參數(shù)；LE為微分參數(shù)。由此得到新型接地裝置比熱容混合量熱分布曲線如圖2所示。

圖2 新型接地裝置比熱容混合量熱分布曲線

2.2 新型接地裝置比熱容參數(shù)估計

分析空間電荷所引起的比熱容差異性，構建靜態(tài)介電常數(shù)和光頻介電系數(shù)的轉換函數(shù)d(e)，表示為

(14)

式中：v為電頻范圍內(nèi)復介電模糊度參數(shù)；x1為頻域介電譜測量信號，Hz；x2為引導因子；h為迭代步長。分析新型接地裝置比熱容的模糊度辨識模型，當h值不變時，新型接地裝置比熱容的電極融合模型d(w)為

(15)

式中：ρ為新型接地裝置比熱容的輸出有功功率，Wo實現(xiàn)新型接地裝置的濾波分析，ho為相似度特征量，r是待定的，得到電復介電常數(shù)實虛部之間的聯(lián)合測試特征量為

X=ρ+ho+d(w)

(16)

通過高壓電極和測量電極的聯(lián)合特征分析[15]，得到新型接地裝置比熱容聯(lián)合測試狀態(tài)函數(shù)為

(17)

式中：δ1、δ2為新型接地裝置比熱容混合調節(jié)參數(shù)；kp、kd為復介電系數(shù)。由此，分析空間電荷所引起的比熱容差異性，實現(xiàn)新型接地裝置比熱容參數(shù)測試和量化結果。

基于混合量熱原理的新型接地裝置比熱容測試流程如圖3所示。

圖3 新型接地裝置比熱容測試流程

3 仿真測試分析

試驗中以新型接地裝置IDAX-300作為測試構件，采用溫度傳感器實現(xiàn)溫度信息采集，在油閥、JJG52-71-試行真空壓力表、氣閥、三電極結構的協(xié)同作用下，形成輸入、輸出模式，在新型接地裝置的輸出端得到測量電壓取 200 V(峰值)，頻率采樣點數(shù)為20個，反向恢復時間約 200 ms，母線電壓 3.6 kV，測試平臺設計如圖4所示。

圖4 測試平臺

根據(jù)上述試驗參數(shù)和平臺設計，得到新型接地裝置比熱容參數(shù)的測量結果，將所得結果與文獻[4]方法和文獻[5]方法測量結果進行對比，對比結果如圖5所示。

圖5 新型接地裝置比熱容參數(shù)測量對比結果

分析在新型接地裝置比熱容介電參數(shù)，得到在0.01～1 Hz，新型接地裝置比熱容介電常數(shù)的實部迅速下降，僅在 0.01～1 Hz，新型接地裝置比熱容減小速率，弛豫分量與接地裝置比熱容節(jié)點參數(shù)處于同一頻帶范圍內(nèi)(0.01～1 Hz)，但是其他文獻方法的減小速率較低，其新型接地裝置的比熱容參數(shù)測量效果受限。

新型接地裝置的比熱容譜測量效果如圖6所示。

圖6 新型接地裝置的比熱容譜

分析上述測試結果得知，本文方法實現(xiàn)新型接地裝置比熱容測試的準確性較高，頻譜跟蹤穩(wěn)健性較好，因為本文方法利用相鄰區(qū)域耦合支路狀態(tài)識別的方法，得到新型接地裝置比熱容參數(shù)測量的功率損耗，以此為優(yōu)化指標，提升比熱容測試的準確性。

4 結 語

本文提出基于混合量熱原理的新型接地裝置比熱容測試方法。構建新型接地裝置比熱容測試約束參數(shù)模型，并分析空間電荷所引起的比熱容差異性，實現(xiàn)新型接地裝置比熱容參數(shù)測試和量化評估。研究得知，本文方法實現(xiàn)新型接地裝置比熱容測試的輸出穩(wěn)定性較高，測試準確性得到保證。