CN108828410A - 一种基于vlf电压谱的电缆径向损伤的检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于VLF电压谱的电缆径向损伤的检测方法，包括获取参考VLF电压谱介质损耗序列和待检测电缆VLF电压谱介质损耗序列、计算相关系数、根据相关系数判断待检测电缆是否存在径向损伤以及进一步判断待检测电缆的径向损伤程度等步骤。本发明的有益效果在于，检测方法通过测量并计算无损伤电缆与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列的相关系数来判断电缆是否存在径向损伤，方法简单可靠，进一步对VLF电压谱介质损耗序列进行拟合求导，通过计算电缆的径向蠕变因子，能够更为准确、全面地判断电缆径向损伤的程度。
Description
技术领域
本发明属于电缆故障诊断技术领域，具体涉及一种基于VLF电压谱的电缆径向损伤的检测方法。
背景技术
乙丙橡胶电缆因具有耐热、低密度、耐腐蚀、阻燃等优异性能，在高速列车上得到了广泛应用，然而在实际运行情况中，受电弓从接触网上取电，电能通过电缆传输至网侧柜，因此电缆不可避免的需要进行弯曲走线，由于安装不当，再加上运营时间持久、运行环境的复杂多变以及运行速度的不断提高，使得电缆绝缘出现径向损伤，最终导致电缆绝缘层产生径向裂纹，严重降低了牵引供电系统的稳定性。
超低频(VLF)耐压试验经多年国内外实践证明，是检测电缆绝缘缺陷的有效手段，也是当前国际电工委员会(IEC)和国际大电网会议(CIGRE)推荐的中低压电缆耐压试验技术。而VLF电压谱介质损耗序列携带大量有关电缆绝缘状态的信息，将其应用到乙丙橡胶电缆绝缘的径向损伤检测中，能够更全面的反应电缆的绝缘状态。
目前，电缆绝缘故障诊断大多集中在电缆附件绝缘状态的研究，主要是通过局部放电的方法来研究电缆的绝缘状态，而当前并没有相关标准明确给出电缆绝缘状态与局部放电发展的内在联系，并且测量结果容易受到环境干扰，导致无法准确的评估电缆的绝缘状态。此外，对实际工况中乙丙橡胶电缆存在的绝缘径向损伤缺乏有效的诊断方法，因此对乙丙橡胶电缆绝缘径向损伤检测方法进行研究，对维持高速列车安全、稳定、可靠的运行具有重大意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于VLF电压谱的电缆径向损伤的检测方法，该方法能够对电缆径向损伤程度进行全面有效的检测评估，具有方便、高效、精确等优点。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种基于VLF电压谱的电缆径向损伤的检测方法，包括
步骤一：取刚出厂的合格电缆，在电压10～65kV范围内依次平均选取n个测试电压点，第i个测试电压点处的电压值记为Vi，利用0.1Hz的超低频VLF试验仪测量每个测试电压点处的介质损耗值，第i个测试电压点处的介质损耗值记为把测量得到的n组数据记为参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)，测试电压点处的电压值可通过如下计算公式得到：
其中，i为整数，i∈[1,n]；
步骤二：取待检测电缆，同样在电压10～65kV范围内依次平均选取n个测试电压点，第i个测试电压点处的电压值记为Vi，利用0.1Hz的超低频VLF试验仪测量每个测试电压点处的介质损耗值，第i个测试电压点处的介质损耗值记为把测量得到的n组数据记为待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)，测试电压点处的电压值可通过如下计算公式得到：
其中，i为整数，i∈[1,n]；
步骤三：计算参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)之间的相关系数R：
式中，i为整数，i∈[1,n]；为参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)中的第i个介质损耗值，为待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)中的第i个介质损耗值；
步骤四：根据步骤三中计算得到的相关系数R大小来判断待检测电缆是否存在径向损伤，若R≥5.1，则待检测电缆完好，检测结束；相反则存在径向损伤，继续进一步判断待检测电缆的径向损伤程度；
步骤五：利用人工神经网络算法对参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)进行拟合，分别得到对应的VLF电压谱拟合曲线G1(V)和G2(V)如下：
式中，V∈[10,65]，表示拟合曲线G1(V)和G2(V)的自变量电压；k1,b1,c1,d1表示参考VLF电压谱拟合曲线G1(V)的待求参数，k2,b2,c2,d2表示待检测电缆的VLF电压谱拟合曲线G2(V)的待求参数，参数计算公式如下：
其中，m＝1,2；令m＝1时，利用参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)可以求出参数k1,b1,c1,d1；令m＝2时，通过待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)可以求得参数k2,b2,c2,d2；
步骤六：对参考VLF电压谱拟合曲线G1(V)与待检测电缆的VLF电压谱拟合曲线G2(V)分别求导，得到曲线如下：
式中，V∈[10,65]，表示求导曲线G'1(V)和G'2(V)的自变量电压；k1,b1,c1表示求导曲线G'1(V)的待求参数，k2,b2,c2表示求导曲线G'2(V)的待求参数，参数计算公式在步骤五已给出；
步骤七：将10～65kV范围内的VLF电压谱拟合曲线G1(V)和G2(V)以及求导曲线G'1(V)和G'2(V)均等划分为200个计算区段，在每个计算区段内分别对G1(V)与G2(V)、G'1(V)与G'2(V)做积分差求解，同时得到两个积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]，计算公式如下：
式中，V∈[10,65]，表示拟合曲线和求导曲线的自变量电压；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；h＝0.275kV，表示每个计算区段的长度；
步骤八：分别计算两个积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的平均值uA、uB以及标准差σA、σB，计算公式如下：
式中，k为整数，k∈[1,200]；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；
步骤九：计算两个积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的标差系数θ和相对距离系数δ，计算公式如下：
式中，σA、σB分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的标准差，uA、uB分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的平均值，其计算公式在步骤八中已经给出；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；
步骤十：计算待检测电缆的径向蠕变因子计算公式如下：
式中，θ和δ分别表示步骤九所求的标差系数与相对距离系数；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；
步骤十一：判断径向蠕变因子的大小，当电缆处于轻度径向损伤，当电缆处于中度径向损伤，当电缆处于重度径向损伤。
本发明的有益效果在于，检测方法通过测量并计算无损伤电缆与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列的相关系数来判断电缆是否存在径向损伤，方法简单可靠，进一步对VLF电压谱介质损耗序列进行拟合求导，通过计算电缆的径向蠕变因子，能够更为准确、全面地判断电缆径向损伤的程度。
附图说明
图1为本发明采用的检测方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
在电压10～65kV范围内，测试电压点的数量n一般选取20到35个，在本实施例中，测试电压点数量取26个。
图1为本发明采用的检测方法流程图，主要步骤如下：
步骤一：取刚出厂的合格电缆，在电压10～65kV范围内依次平均选取26个测试电压点，第i个测试电压点处的电压值记为Vi，利用0.1Hz的超低频VLF试验仪测量每个测试电压点处的介质损耗值，第i个测试电压点处的介质损耗值记为把测量得到的26组数据记为参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)，测试电压点处的电压值可通过如下计算公式得到：
其中，i为整数，i∈[1,26]；
步骤二：取待检测电缆，同样在电压10～65kV范围内依次平均选取26个测试电压点，第i个测试电压点处的电压值记为Vi，利用0.1Hz的超低频VLF试验仪测量每个测试电压点处的介质损耗值，第i个测试电压点处的介质损耗值记为把测量得到的26组数据记为待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)，测试电压点处的电压值可通过如下计算公式得到：
其中，i为整数，i∈[1,26]；
步骤三：计算参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)之间的相关系数R：
式中，i为整数，i∈[1,26]；为参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)中的第i个介质损耗值，为待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)中的第i个介质损耗值；计算得到R＝3.8；
步骤四：根据步骤三中计算得到的相关系数R大小来判断待检测电缆是否存在径向损伤，由于R＝3.8，小于5.1，因此待检测电缆存在径向损伤，继续进一步判断待检测电缆的径向损伤程度；
步骤五：利用人工神经网络算法对参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)进行拟合，分别得到对应的VLF电压谱拟合曲线G1(V)和G2(V)如下：
式中，V∈[10,65]，表示拟合曲线G1(V)和G2(V)的自变量电压；k1,b1,c1,d1表示参考VLF电压谱拟合曲线G1(V)的待求参数，k2,b2,c2,d2表示待检测电缆的VLF电压谱拟合曲线G2(V)的待求参数，参数计算公式如下：
其中，m＝1,2；令m＝1时，利用参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)可以求出参数k1,b1,c1,d1；令m＝2时，通过待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)可以求得参数k2,b2,c2,d2；
步骤六：对参考VLF电压谱拟合曲线G1(V)与待检测电缆的VLF电压谱拟合曲线G2(V)分别求导，得到曲线如下：
式中，V∈[10,65]，表示求导曲线G'1(V)和G'2(V)的自变量电压；k1,b1,c1表示求导曲线G'1(V)的待求参数，k2,b2,c2表示求导曲线G'2(V)的待求参数，参数计算公式在步骤五已给出；
步骤七：将10～65kV范围内的VLF电压谱拟合曲线G1(V)和G2(V)以及求导曲线G'1(V)和G'2(V)均等划分为200个计算区段，在每个计算区段内分别对G1(V)与G2(V)、G'1(V)与G'2(V)做积分差求解，同时得到两个积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]，计算公式如下：
式中，V∈[10,65]，表示拟合曲线和求导曲线的自变量电压；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；h＝0.275kV，表示每个计算区段的长度；
步骤八：分别计算两个积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的平均值uA、uB以及标准差σA、σB，计算公式如下：
式中，k为整数，k∈[1,200]；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；
步骤九：计算两个积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的标差系数θ和相对距离系数δ，计算公式如下：
式中，σA、σB分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的标准差，uA、uB分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]的平均值，其计算公式在步骤八中已经给出；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；
步骤十：计算待检测电缆的径向蠕变因子计算公式如下：
式中，θ和δ分别表示步骤九所求的标差系数与相对距离系数；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,···,A200]与B＝[B1,B2,···,B200]中的第k个积分差值；计算得到
步骤十一：判断径向蠕变因子的大小，由于满足因此电缆处于轻度径向损伤。
Claims (1)
1.一种基于VLF电压谱的电缆径向损伤的检测方法，其特征在于，包括
步骤一：取刚出厂的合格电缆，在电压10～65kV范围内依次平均选取n个测试电压点，第i个测试电压点处的电压值记为Vi，利用0.1Hz的超低频VLF试验仪测量每个测试电压点处的介质损耗值，第i个测试电压点处的介质损耗值记为把测量得到的n组数据记为参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)，测试电压点处的电压值计算公式如下：
其中，i为整数，i∈[1,n]；
步骤二：取待检测电缆，同样在电压10～65kV范围内依次平均选取n个测试电压点，第i个测试电压点处的电压值记为Vi，利用0.1Hz的超低频VLF试验仪测量每个测试电压点处的介质损耗值，第i个测试电压点处的介质损耗值记为把测量得到的n组数据记为待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)，测试电压点处的电压值计算公式如下：
其中，i为整数，i∈[1,n]；
步骤三：计算参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)之间的相关系数R：
式中，i为整数，i∈[1,n]；为参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)中的第i个介质损耗值，为待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)中的第i个介质损耗值；
步骤四：根据步骤三中计算得到的相关系数R大小来判断待检测电缆是否存在径向损伤，若R≥5.1，则待检测电缆完好，检测结束；相反则存在径向损伤，继续进一步判断待检测电缆的径向损伤程度；
步骤五：利用人工神经网络算法对参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)与待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)进行拟合，分别得到对应的VLF电压谱拟合曲线G1(V)和G2(V)如下：
式中，V∈[10,65]，表示拟合曲线G1(V)和G2(V)的自变量电压；k1,b1,c1,d1表示参考VLF电压谱拟合曲线G1(V)的待求参数，k2,b2,c2,d2表示待检测电缆的VLF电压谱拟合曲线G2(V)的待求参数，参数计算公式如下：
其中，m＝1,2；令m＝1时，利用参考VLF电压谱介质损耗序列F1(Vi)可以求出参数k1,b1,c1,d1；令m＝2时，通过待检测电缆的VLF电压谱介质损耗序列F2(Vi)可以求得参数k2,b2,c2,d2；
步骤六：对参考VLF电压谱拟合曲线G1(V)与待检测电缆的VLF电压谱拟合曲线G2(V)分别求导，得到曲线如下：
式中，V∈[10,65]，表示求导曲线G1'(V)和G'2(V)的自变量电压；k1,b1,c1表示求导曲线G1'(V)的待求参数，k2,b2,c2表示求导曲线G'2(V)的待求参数，参数计算公式在步骤五已给出；
步骤七：将10～65kV范围内的VLF电压谱拟合曲线G1(V)和G2(V)以及求导曲线G′1(V)和G'2(V)均等划分为200个计算区段，在每个计算区段内分别对G1(V)与G2(V)、G′1(V)与G'2(V)做积分差求解，同时得到两个积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]，计算公式如下：
式中，V∈[10,65]，表示拟合曲线和求导曲线的自变量电压；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]中的第k个积分差值；h＝0.275kV，表示每个计算区段的长度；
步骤八：分别计算两个积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]的平均值uA、uB以及标准差σA、σB，计算公式如下：
式中，k为整数，k∈[1,200]；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]中的第k个积分差值；
步骤九：计算两个积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]的标差系数θ和相对距离系数δ，计算公式如下：
式中，σA、σB分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]的标准差，uA、uB分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]的平均值，其计算公式在步骤八中已经给出；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]中的第k个积分差值；
步骤十：计算待检测电缆的径向蠕变因子计算公式如下：
式中，θ和δ分别表示步骤九所求的标差系数与相对距离系数；Ak、Bk分别表示积分差值序列A＝[A1,A2,…,A200]与B＝[B1,B2,…,B200]中的第k个积分差值；
步骤十一：判断径向蠕变因子的大小，当电缆处于轻度径向损伤，当电缆处于中度径向损伤，当电缆处于重度径向损伤。
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