一种判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法

技术领域

本发明涉及材料检测技术领域，尤其涉及一种判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法。

背景技术

绝缘材料介电常数与电力设备的绝缘性能，如击穿场强，沿面闪络电压，与内部分子结构及微观粒子的运动行为密切相关。通过对材料介电响应特性的分析，可以判断电力设备的绝缘状态，并预测设备的运行与使用寿命。绝缘材料的介电响应特性受介电松弛行为影响很大，且通常存在多个介电松弛过程，共同影响材料的介电响应特性。分析介电响应特性时，如何快速判断材料中介电松弛种类的数目，是分析介电响应的关键，也是限制介电响应分析法在电力设备在线监测、故障诊断与寿命预测等领域应用与普及的技术壁垒，是高电压绝缘领域亟需发展的分析技术。

绝缘材料的介电响应特性受材料微观分子行为影响，通过对材料介电响应特性的分析，可获得材料的分子行为的微观参数，从而对其整体宏观性能的状态进行判定，并对其剩余寿命进行预测。材料的介电响应特性由多种介电极化或松弛方式构成，包括瞬时极化如电子位移极化和原子位移极化，和松弛极化如界面极化、偶极极化、热离子极化和电极极化。材料的介电响应受松弛极化影响更为明显，而通常情况，材料内部存在多个松弛过程，共同作用，导致材料介电响应行为发生变化。为了通过介电响应特性分析材料内部分子的运动行为，必须从介电响应曲线中，将各个松弛过程进行剥离，对单一的松弛过程进行分析。目前，主要采用H-N函数、C-D函数或C-C函数等介电响应函数对材料的介电响应特性进行拟合计算。由于一个介电响应函数，仅能描述单一的介电松弛过程，因此，使用介电响应函数时，必须已知材料内介电松弛种类的数目，从而确定介电响应函数的数目。现有的介电计算方法，主要是假设材料中存在几种松弛过程，以假设为基础进行迭代计算，并与实验结果进行比对。当计算结果偏离实验结果时，再调整假设，进行再次迭代，最终通过介电响应函数，用数学公式描述介电响应特性。现有方法由于不能快速便捷的确定绝缘材料中介电松弛种类的数目，导致再进行介电项引发特性数值计算时，耗费大量的人力与时间，对研究与应用造成了极大的不便，限制了介电响应分析法在电力设备在线监测与故障诊断、寿命预测领域的应用。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法，用于解决现有技术中绝缘材料中介电响应种类数目判断复杂的问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法，包括以下步骤：通过对绝缘材料在一定温度区间内、一定频率下获得的低频介电常数数据点进行连续的分段线性拟合，通过读取拟合曲线的交点数量以及加上未被线性拟合曲线穿过的数据点，获得绝缘材料中介电松弛种类的数目，以获得介电响应种类数目。

进一步地，未被线性拟合曲线穿过的数据点的数量为0或1。

进一步地，所述温度区间范围为20℃-200℃。

进一步地，每隔一定温度获取一个数据点。

进一步地，相邻的数据点对应的温度间隔为10℃-20℃。

进一步地，所述频率为0.1 Hz。

进一步地，所述绝缘材料为环氧树脂或环氧树脂复合材料。

进一步地，所述连续的分段线性拟合的具体步骤为：

S1、以温度为x轴，以获得的低频介电常数为y轴，做出介电常数与温度关系的数据散点图；

S2、以第一个温度对应的介电常数为基准起点，做一条过该点并连续穿过后续数据点的线性拟合曲线，记为曲线1；

S3、以散点图中，曲线1不经过的介电常数数据点中，温度最低的点为起点，过下一个点做一条线性拟合曲线，记为曲线2；

S4、以散点图中，曲线2不经过的介电常数数据点中，温度最低的点为起点，过下一个点做一条线性拟合曲线，记为曲线3；

S5、以此类推，直至散点图中，至多有一个点，没有被线性拟合曲线穿过；此时记录曲线为n条。

进一步地，若散点图中，存在一个点，不被任何线性拟合曲线穿过，则材料中介电松弛种类的数目为n；若散点图中，所有的点均被线性拟合曲线穿过，则材料中介电松弛种类的数目为n-1。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法，通过简单的方法，能够快速判断出绝缘材料中介电松弛的种类的数目，从而快速获得介电响应种类数目，可大幅度减少介电响应分析与计算的计算量与时间，大幅度降低介电响应分析的时间成本，并可促进绝缘材料在线检测，电力设备绝缘状态评估与寿命预测等研究与应用的发展。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明中在温度与低频介电常数的关系中连续的分段线性拟合的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和 “包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/ 或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

本发明优选的实施例提供一种判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法，包括以下步骤：通过对环氧树脂复合材料在20℃-200℃区间内、0.1 Hz频率下获得的低频介电常数数据点进行连续的分段线性拟合，通过读取拟合曲线的交点数量以及加上未被线性拟合曲线穿过的数据点，获得绝缘材料中介电松弛种类的数目，以获得介电响应种类数目。

其中，由于每两个数据点即可线性拟合成一条拟合曲线，则未被线性拟合曲线穿过的数据点的数量为0或1，也即最多存在一个数据点未被线性拟合曲线穿过，则绝缘材料中介电松弛种类的数目，为拟合曲线的交点数加0或1。

数据获取的温度区间范围为20℃-200℃，且每隔一定温度获取一个数据点，以实现数据点在均匀的温度分布上排列。同时，数据点的温度间隔应合理，优选的，相邻的数据点对应的温度间隔为10℃-20℃，优选选用20℃。

其中，连续的分段线性拟合的具体步骤为：

S1、以温度为x轴，以获得的低频介电常数为y轴，做出介电常数与温度关系的数据散点图；

S2、以第一个温度对应的介电常数为基准起点，做一条过该点并连续穿过后续数据点的线性拟合曲线，记为曲线1；

S3、以散点图中，曲线1不经过的介电常数数据点中，温度最低的点为起点，过下一个点做一条线性拟合曲线，记为曲线2；

S4、以散点图中，曲线2不经过的介电常数数据点中，温度最低的点为起点，过下一个点做一条线性拟合曲线，记为曲线3；

S5、以此类推，直至散点图中，至多有一个点，没有被线性拟合曲线穿过；此时记录曲线为n条。

若散点图中，存在一个点，不被任何线性拟合曲线穿过，则材料中介电松弛种类的数目为n；若散点图中，所有的点均被线性拟合曲线穿过，则材料中介电松弛种类的数目为n-1。

以下，通过一种具体的示例性实施例来进一步解释本发明的判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法：

通过对绝缘材料在20℃-200℃温度区间内、0.1 Hz频率下获得的低频介电常数数据点进行连续的分段线性拟合，请参照图1，具体为：

S1、以温度为x轴，0.1Hz下获得的的低频介电常数为y轴，做出介电常数与温度关系的数据散点图；

S2、以20℃对应的介电常数为基准起点，做一条过该点，并连续穿过后续数据点的线性拟合曲线，此时，该线性拟合曲线为平行于x轴的直线，记为曲线1，如图1所示，曲线1经过20℃，40 ℃，60℃和80℃的对应的介电常数的数据点；

S3、以散点图中，曲线1不经过的介电常数数据点中，温度最低的点为起点，即以100 ℃对应的介电常数的数据点为起点，过下一个点（120℃对应的介电常数的数据点）做一条线性拟合曲线，记为曲线2，此时，曲线2向后延伸穿过140℃对应的介电常数的数据点，则曲线2总共穿过100 ℃、120℃和140℃对应的介电常数的数据点；

S4、以散点图中，曲线2不经过的介电常数数据点中，温度最低的点为起点，即以160 ℃对应的介电常数的数据点为起点，过下一个点（180℃对应的介电常数的数据点）做一条线性拟合曲线，记为曲线3，此时，曲线2向后延伸没有穿过介电常数的数据点，则曲线3总共穿过160 ℃和180℃对应的介电常数的数据点；

5) 散点图中，剩200 ℃对应的介电常数的数据点最后一个点，则无法拟合成线性拟合曲线，则200 ℃对应的介电常数的数据点为唯一没有被曲线穿过的点，且不需进一步拟合。

如图1所示，所作曲线共有3条，存在一个点（200 ℃对应的介电常数的数据点）不被任何曲线穿过，拟合曲线的交点数量为2，加上未被线性拟合曲线穿过的数据点为1，因此共存在3种介电松弛行为，获得绝缘材料中介电松弛种类的数目为3，也即介电响应种类数目为3。

电松弛构成了的介电响应行为，而介电松弛种类的增减，均会导致介电常数发生较为明显的变化。低频下，材料的介电松弛容易产生，因此，本发明通过判断低频下，材料介电常数的变化，判断材料中存在介电松弛种类的数目，进而获得介电响应种类数目。

本发明提供的判断绝缘材料中介电响应种类数目的方法，通过简单的方法，能够快速判断出绝缘材料中介电松弛的种类的数目，从而快速获得介电响应种类数目，可大幅度减少介电响应分析与计算的计算量与时间，大幅度降低介电响应分析的时间成本，并可促进绝缘材料在线检测，电力设备绝缘状态评估与寿命预测等研究与应用的发展。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元可结合为一个单元，一个单元可拆分为多个单元，或一些特征可以忽略等。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。