莊新偉，姜 鵬，楊健銘，柏曉路，務(wù)孔永，楊易斐

(1.中國南方電網(wǎng)有限責(zé)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(tuán)中南電力設(shè)計(jì)院有限公司，湖北 武漢 430071；3.河南四達(dá)電力設(shè)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(jì)和量化特征分析基礎(chǔ)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(xiàn)[3]針對特高壓某站主變壓器交接試驗(yàn)中出現(xiàn)的局部放電異?，F(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(jìn)行精準(zhǔn)定位，為成功消除該缺陷提供應(yīng)用前提，但是其整體穩(wěn)定性沒有得到驗(yàn)證。文獻(xiàn)[4]為了解決CAD中逆向主動設(shè)計(jì)問題，推導(dǎo)出滿足約束條件的離散曲面公式，調(diào)整B樣條度量函數(shù)的節(jié)點(diǎn)向量或控制頂點(diǎn)來調(diào)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(gòu)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(xiàn)[5]基于有限元與電路理論結(jié)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(zhǔn)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(gòu)建新型接地裝置比熱容測試約束參數(shù)模型，實(shí)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(shí)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(jìn)而保證了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，具有一定的經(jīng)濟(jì)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(shí)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(gòu)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(quán)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(jié)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(jìn)行新型接地裝置比熱容測試的過程控制，采用介電響應(yīng)特征分析方法實(shí)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(shè)新型接地裝置比熱容測試的線性迭代模型Va的自適應(yīng)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(fù)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(diǎn)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(yīng)函數(shù)，結(jié)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(dǎo)通電流與導(dǎo)通電壓的關(guān)系[10]，如圖1所示。

圖1 新型接地裝置的導(dǎo)通電流與導(dǎo)通電壓的關(guān)系

在新型接地裝置器件正向?qū)娏骷s束下，接地裝置的比熱容控制函數(shù)描述為

(8)

引入對應(yīng)的模塊導(dǎo)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?qū)ㄐ阅軈?shù)。采用介電響應(yīng)特征分析方法實(shí)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(jié)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(qiáng)相關(guān)關(guān)系；μ為導(dǎo)通電流之間模塊的功耗，W;M為恢復(fù)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?xì)埐钅Ｖ禐?/p>

Et=Q+Kp+f

(11)

采用差拍控制的方法，構(gòu)建介電模量參數(shù)辨識模型，將介電模量識別結(jié)構(gòu)分為結(jié)構(gòu)，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(zhì)的極化和電導(dǎo)損耗的聯(lián)合分析的方法[14]，得到復(fù)介電常數(shù)模為

(13)

式中：Pl為復(fù)介電常數(shù)；LJ為電頻范圍內(nèi)復(fù)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(jì)

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

(14)

式中：v為電頻范圍內(nèi)復(fù)介電模糊度參數(shù)；x1為頻域介電譜測量信號，Hz；x2為引導(dǎo)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(dāng)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(shí)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(fù)介電常數(shù)實(shí)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(diào)節(jié)參數(shù)；kp、kd為復(fù)介電系數(shù)。由此，分析空間電荷所引起的比熱容差異性，實(shí)現(xiàn)新型接地裝置比熱容參數(shù)測試和量化結(jié)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(yàn)中以新型接地裝置IDAX-300作為測試構(gòu)件，采用溫度傳感器實(shí)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(jié)構(gòu)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(diǎn)數(shù)為20個，反向恢復(fù)時間約 200 ms，母線電壓 3.6 kV，測試平臺設(shè)計(jì)如圖4所示。

圖4 測試平臺

根據(jù)上述試驗(yàn)參數(shù)和平臺設(shè)計(jì)，得到新型接地裝置比熱容參數(shù)的測量結(jié)果，將所得結(jié)果與文獻(xiàn)[4]方法和文獻(xiàn)[5]方法測量結(jié)果進(jìn)行對比，對比結(jié)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(jié)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(shí)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(diǎn)參數(shù)處于同一頻帶范圍內(nèi)(0.01～1 Hz)，但是其他文獻(xiàn)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(jié)果得知，本文方法實(shí)現(xiàn)新型接地裝置比熱容測試的準(zhǔn)確性較高，頻譜跟蹤穩(wěn)健性較好，因?yàn)楸疚姆椒ɡ孟噜弲^(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(biāo)，提升比熱容測試的準(zhǔn)確性。

4 結(jié) 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(gòu)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(shí)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(shí)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(zhǔn)確性得到保證。