CN109212009A - 一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法 - Google Patents
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Abstract
一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法，乙丙橡胶材料棒紧密包裹有柱状的线芯导体；模拟装置的高压隔离箱内部的调节控制台的顶部设置有机械传动装置，机械传动装置上方设置有滑轴，滑轴的高度可调节并可在机械传动装置上纵向滑动，滑轴的顶部设置有U型托盘，U型托盘内嵌环形电热丝和温度传感器；调节控制台左、右两侧还分别设置有固定柱。评估方法包括测量和优化参考放电量放电次数部分分布谱和评估放电量放电次数部分分布谱、计算缺陷损伤系数和缺陷系数以及分析判定等步骤。模拟装置能模拟不同径向缺陷损伤故障状况，评估方法既能判断乙丙橡胶材料是否存在径向缺陷损伤故障，又能判断乙丙橡胶材料的径向缺陷损伤故障程度。
Description
技术领域
本发明属于绝缘材料故障检测领域，具体涉及一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法。
背景技术
乙丙橡胶是以乙烯、丙烯为主要单体的合成橡胶，其制品在120℃下可长期使用，在150-200℃下可短暂或间歇使用，由于乙丙橡胶缺乏极性，不饱和度低，因而对各种极性化学品如醇、酸、碱、氧化剂、制冷剂、洗涤剂、动植物油、酮和脂等均有较好的抗耐性，且因其优异的耐天候、耐臭氧、耐热、耐酸碱、耐水蒸汽、电性能，目前被广泛应用于高铁列车的电缆上。在机车车辆运行系统中，电缆是其中的重要组成部分，而乙丙橡胶作为机车电缆的主绝缘，一旦发生故障将导致整个电缆的报废，更有甚者会造成大面积停电，产生巨额的经济损失，目前大量的研究及长期的实践表明，车载电缆击穿是由其乙丙橡胶绝缘层击穿导致的。
离线的检测是检测乙丙橡胶材料目前最有效手段，但由于离线检测时乙丙橡胶材料的状态与电缆运行过程过的状态不一致，因而导致测试的结果往往不能反映电缆内部乙丙橡胶材料的绝缘状况。除此以外，电缆在弯折时，其内部的乙丙橡胶材料会产生径向缺陷损伤故障，而目前没有有效的手段能够对电缆内部乙丙橡胶材料的径向缺陷损伤故障进行测试与评估。
发明内容
本发明的目的是提供一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法，包括以下的模拟及测试步骤：
步骤1：组装乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤故障模拟器；
所述故障模拟器，包括乙丙橡胶材料棒(10)；乙丙橡胶材料棒(10)紧密包裹柱状的线芯导体(11)；还包括高压隔离箱(1)，高压隔离箱(1)的内部设置有调节控制台(19)；调节控制台(19)的顶部设置有机械传动装置(18)，机械传动装置(18)上方设置有滑轴(17)，滑轴(17)的高度可调节并可在机械传动装置(18)上纵向滑动，滑轴(17)的顶部设置有U型托盘(9)，U型托盘(9)内嵌环形电热丝(13)和温度传感器(14)；调节控制台(19)的左、右两侧分别设置有左、右固定柱，左、右固定柱的顶部分别设置有绝缘固定护套。
步骤2：故障模拟器的乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤模拟处理；
2.1：取无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒，按图1方式安装并保证两端与绝缘护套紧密贴合，中部与U型托盘紧密贴合；
2.2：打开并操作调节控制台和调节旋钮，使U型托盘在空间内自由移动，并在调节控制台上设置环形电热丝温度使乙丙橡胶材料棒的中部达到预设温度，并通过温度传感器将乙丙橡胶材料棒的中部反馈到调节控制台的显示屏上，进行实时温度监控；
2.3：待U型托盘移动到需模拟损伤的位置后，关闭调节控制台，乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤即模拟完成。
步骤3：乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤的评估；
3.1：取无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒，在放电量范围为1～1000pC内，测试10个测试点处的放电次数，10个测试点间隔相同且间隔放电量大小为50pC，测试3次后取每个放电量测试点处的放电次数平均值，获得参考放电量-放电次数部分分布谱Ni(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数；
3.2：将参考放电量-放电次数部分分布谱Ni(q)转换为优化的放电量-放电次数分布谱Fi(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处的放电次数，Fi(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处优化的放电量-放电次数函数值,qi表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处的放电量，k＝3.05pC；
3.3：取待评估的乙丙橡胶材料棒，测试其与步骤3.1相同的10个测试点处的放电次数，测试3次后取每个放电量测试点处的放电次数平均值，获得评估放电量-放电次数部分分布谱Ni'(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数；
3.4：将评估放电量-放电次数部分分布谱Ni'(q)转换为评估优化的放电量-放电次数分布谱Fi'(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数，Fi'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值,qi表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电量，k＝3.05pC。
进一步地，还包括以下步骤：
步骤1：计算缺陷损伤系数ξ；
其中，i为整数，λ＝1.06，F2i(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在第2i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值，F2i'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第2i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值；
步骤2：分析判定，包括
若0≤ξ≤0.5,则乙丙橡胶材料棒无径向损伤；若0.5＜ξ≤1，则进一步计算缺陷系数σ；
其中，e＝2.718，max{}表示取最大值，Fi'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值；
步骤3：若σ≤5，则乙丙橡胶材料棒轻度径向损伤；若5<σ≤30，则乙丙橡胶材料棒中度径向损伤；若σ＞30，则乙丙橡胶材料棒重度径向损伤。
本发明的有益效果在于：1、模拟装置能模拟不同径向缺陷损伤故障状况，方便快捷、真实有效。2、评估方法既能判断乙丙橡胶材料棒是否存在径向缺陷损伤故障，又能判断乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤故障程度，全面准确。
附图说明
图1为乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟装置的结构图；
图2为乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟装置的俯视图；
图3为乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟评估方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1，模拟装置包括高压隔离箱(1)、紧固螺钉1(2)、紧固螺钉2(3)、高压隔离箱盖(4)、绝缘固定护套1(5)、绝缘固定护套2(6)、左固定柱(7)、右固定柱(8)、U型托盘(9)、乙丙橡胶材料棒(10)、线芯导体(11)、高压套管(12)、环形电热丝(13)、温度传感器(14)、测量环(15)、调节旋钮(16)、滑轴(17)、机械传动装置(18)、调节控制台(19)。
其中，高压隔离箱盖(4)位于高压隔离箱(1)顶部，可拆装的紧固螺钉1(2)和紧固螺钉2(3)固定高压隔离箱(1)及高压隔离箱盖(4)，左固定柱(7)底部固定在高压隔离箱(1)底部，右固定柱(8)底部固定在高压隔离箱(1)底部，绝缘固定护套1(5)固定在左固定柱(7)上，绝缘固定护套2(6)固定在右固定柱(8)上，柱状的线芯导体(11)由乙丙橡胶材料棒(10)紧密包裹，线芯导体(11)的左部和右部均会有部分露出，乙丙橡胶材料棒(10)的左部被绝缘固定方块1(5)固定，乙丙橡胶材料棒(10)的右部被绝缘固定方块2(6)固定，线芯导体(11)右部露出部分与高压套管(12)在绝缘固定方块2(6)的内部相接。
图2为模拟装置的俯视图，环形电热丝(13)内嵌于U型托盘(9)，乙丙橡胶材料棒(10)的中部被U型托盘(9)紧固，温度传感器(14)位于乙丙橡胶材料棒(10)的中部，测量环(15)包裹乙丙橡胶材料棒(10)外层的中部，U型托盘(9)位于滑轴(17)上，调节控制台(19)控制机械传动装置(18)，滑轴(17)在机械传动装置(18)上滑动，调节控制台(19)内含有测试单元。
故障模拟器的乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤模拟处理，包括
步骤一：取无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒，按图1方式安装并保证两端与绝缘护套紧密贴合，中部与U型托盘紧密贴合；
步骤二：打开并操作调节控制台和调节旋钮，使U型托盘在空间范围内自由移动，并在调节控制台上设置环形电热丝温度使乙丙橡胶材料棒的中部达到预设温度，并通过温度传感器将乙丙橡胶材料棒的中部反馈到调节控制台的显示屏上，经行实时温度监控；
步骤三：待U型托盘移动到需模拟损伤的位置后，关闭调节控制台，乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤即模拟完成。
对乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤的评估，包括
步骤一：取无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒，在放电量范围为1～1000pC内，测试10个测试点处的放电次数，10个测试点间隔相同且间隔放电量大小为50pC，测试3次后取每个放电量测试点处的放电次数平均值，获得参考放电量-放电次数部分分布谱Ni(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数；
步骤二：将参考放电量-放电次数部分分布谱Ni(q)转换为优化的放电量-放电次数分布谱Fi(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处的放电次数，Fi(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处优化的放电量-放电次数函数值,qi表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处的放电量，k＝3.05pC；
步骤三：取待评估的乙丙橡胶材料棒，测试其与步骤一相同的10个测试点处的放电次数，测试3次后取每个放电量测试点处的放电次数平均值，获得评估放电量-放电次数部分分布谱Ni'(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数；
步骤四：将评估放电量-放电次数部分分布谱Ni'(q)转换为评估优化的放电量-放电次数分布谱Fi'(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数，Fi'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值,qi表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电量，k＝3.05pC。
进一步地，还包括以下步骤：
步骤一：计算缺陷损伤系数ξ；
其中，i为整数，λ＝1.06，F2i(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在第2i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值，F2i'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第2i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值；
步骤二：分析判定，包括
若0≤ξ≤0.5,则乙丙橡胶材料棒无径向损伤；若0.5＜ξ≤1，则进一步计算缺陷系数σ；
其中，e＝2.718，max{·}表示取最大值，Fi'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值；
步骤三：若σ≤5，则乙丙橡胶材料棒轻度径向损伤；若5<σ≤30，则乙丙橡胶材料棒中度径向损伤；若σ＞30，则乙丙橡胶材料棒重度径向损伤。
Claims (2)
1.一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法，其特征在于，包括以下的模拟及测试步骤：
步骤1：组装乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤故障模拟器；
所述故障模拟器，包括乙丙橡胶材料棒(10)；乙丙橡胶材料棒(10)紧密包裹柱状的线芯导体(11)；还包括高压隔离箱(1)，高压隔离箱(1)的内部设置有调节控制台(19)；调节控制台(19)的顶部设置有机械传动装置(18)，机械传动装置(18)上方设置有滑轴(17)，滑轴(17)的高度可调节并可在机械传动装置(18)上纵向滑动，滑轴(17)的顶部设置有U型托盘(9)，U型托盘(9)内嵌环形电热丝(13)和温度传感器(14)；调节控制台(19)的左、右两侧分别设置有左、右固定柱，左、右固定柱的顶部分别设置有绝缘固定护套；
步骤2：故障模拟器的乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤模拟处理；
2.1：取无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒，按图1方式安装并保证两端与绝缘护套紧密贴合，中部与U型托盘紧密贴合；
2.2：打开并操作调节控制台和调节旋钮，使U型托盘在空间内自由移动，并在调节控制台上设置环形电热丝温度使乙丙橡胶材料棒的中部达到预设温度，并通过温度传感器将乙丙橡胶材料棒的中部反馈到调节控制台的显示屏上，进行实时温度监控；
2.3：待U型托盘移动到需模拟损伤的位置后，关闭调节控制台，乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤即模拟完成；
步骤3：乙丙橡胶材料棒的径向缺陷损伤的评估；
3.1：取无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒，在放电量范围为1～1000pC内，测试10个测试点处的放电次数，10个测试点间隔相同且间隔放电量大小为50pC，测试3次后取每个放电量测试点处的放电次数平均值，获得参考放电量-放电次数部分分布谱Ni(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数；
3.2：将参考放电量-放电次数部分分布谱Ni(q)转换为优化的放电量-放电次数分布谱Fi(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处的放电次数，Fi(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处优化的放电量-放电次数函数值,qi表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在测试点i处的放电量，k＝3.05pC；
3.3：取待评估的乙丙橡胶材料棒，测试其与步骤3.1相同的10个测试点处的放电次数，测试3次后取每个放电量测试点处的放电次数平均值，获得评估放电量-放电次数部分分布谱Ni'(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数；
3.4：将评估放电量-放电次数部分分布谱Ni'(q)转换为评估优化的放电量-放电次数分布谱Fi'(q)；
其中，i为整数，且i∈[1,10]，Ni'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电次数，Fi'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值,qi表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处的放电量，k＝3.05pC。
2.如权利要求1所述的一种乙丙橡胶材料棒径向缺陷损伤模拟及评估方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤1：计算缺陷损伤系数ξ；
其中，i为整数，λ＝1.06，F2i(q)表示无径向缺陷损伤的乙丙橡胶材料棒在第2i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值，F2i'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第2i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值；
步骤2：分析判定，包括
若0≤ξ≤0.5,则乙丙橡胶材料棒无径向损伤；若0.5＜ξ≤1，则进一步计算缺陷系数σ；
其中，e＝2.718，max{·}表示取最大值，Fi'(q)表示待评估的乙丙橡胶材料棒在第i个测试点处优化的放电量-放电次数函数值；
步骤3：若σ≤5，则乙丙橡胶材料棒轻度径向损伤；若5<σ≤30，则乙丙橡胶材料棒中度径向损伤；若σ＞30，则乙丙橡胶材料棒重度径向损伤。
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| 岳刚 等: "内部气压下电缆电树枝不同生长阶段的局部放电统计参量研究", 《绝缘材料》 * |
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