CN113670547A - 超导电缆振动试验与抗振性能测试方法 - Google Patents
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Abstract
超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，包括：将超导电缆在振动试验台上就位；振动试验前，测试超导电缆的真空度、绝缘性能；布置用于采集动力学测试参量的传感器和数据采集仪；在测试工况下和加冷却液工况下，对超导电缆施加不同振动源，开展振动试验；振动试验过程中，对不同工况、不同振动源下的超导电缆进行正弦波扫频，以获得结构自振频率与阻尼比；对不同工况、不同振动源下的动力学测试参量进行采集；振动试验后，测试超导电缆的真空度、绝缘性能；基于振动试验测试数据，评价超导电缆抗振性能。通过模拟不同振源振动试验，测试振动试验前后的真空度、绝缘性能以及振动中的动力学特性数据，对超导电缆的抗振性能进行评价。
Description
技术领域
本发明涉及超导电缆抗振试验技术领域，更具体地，涉及超导电缆振动试验与抗振性能测试方法。
背景技术
高温超导电缆系统由电缆本体、电缆附件、制冷系统、检测保护系统四个主要部分组成。高温超导电缆一般用液氮(77K，即-196℃)作为冷却介质和绝缘介质。电缆绝缘结构是高温超导(HTS)电缆不可或缺的组成部分，为超导电缆的安全运行提供必要的保障，聚丙烯层压纸(polypropylene laminated paper，PPLP)兼具良好的浸渍性及较高的电气强度，是一种优异的低温绝缘材料。
埋在地下的超导电缆是比较昂贵的电力资产，通常用来向城市商业中心或者大型工业用户供电。超导电缆的运行环境比较复杂，特别是在城市人口密集的地方，地铁等交通工具会对环境产生振动，从而引起超导电缆的振动。超导电缆运行环境的振动源包括地铁振动、地基打桩振动、地震振动。
超导电缆的抗振试验是以超导电缆为试验对象，综合使用各种仪器设备，在荷载(作用力)作用下，通过测量与结构工作性能有关的各种参数，包括变形、频率、振幅等，从强度、刚度、抗裂性以及实际破坏形态来判断超导电缆结构的实际振动承载能力，其理论基础主要依据超导电缆地震模拟振动台试验技术及参数评价方法。
现有技术中，常用的结构抗振试验方法有伪静力试验方法、拟动力试验法和地震模拟振动台试验方法。
伪静力试验是目前研究结构或构件抗振性能中应用最广泛的试验方法，它可以最大限度地利用试件提供各种信息，例如承载力、刚度、变形能力、耗能能力和损伤特征等。拟动力试验方法，弥补了拟静力试验和振动台试验两者的缺陷，既可以进行结构的地震反应模拟，有可以进行大尺度甚至足尺结构模型试验，是一种具有广阔发展前景的抗振试验方法。拟动力试验的优点是无需对结构的恢复力模型作任何假定，结构的恢复力直接从试验中获取，从而避免了数值分析中结构恢复力模型及其参数难以确定的困难，并且结构破坏的全过程可以在试验加载过程是得到详细的观察。但拟动力试验系统是一个非常复杂的系统，其包括试验系统的硬件部分和软件部分。其硬件部分主要包括：伺服作动器、反力墙、试验台、试件等。地震模拟振动台试验，通过对振动台输入期望的各种形式地振动激励来研究结构的动力特性、地震反应和弹塑性破坏机理等，该方法刚好弥补了拟静力试验缺陷；但是由于自身条件的限制，绝大多数的试验仍为缩尺模型试验，振动台模型试验还存在一些需要解决的问题：如尺寸效应的影响，结构尺寸的缩小会提高材料的力学性能，如何分析评价这种影响还需要进一步的究；振动台试验有时难以满足全部的相似条件，如重力失真问题，目前还不能改变重力加速度的大小来满足相似条件；试验加载速率的提高同样会引起材料强度的提高，如何考虑加载速率的影响还需深入研究。
因此，需要针对超导电缆运行环境的振动源研发适合于超导电缆的各项振动试验，从而获得对超导电缆抗振性能具有评价作用的测试结果，用于指导工程建设。
发明内容
为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，基于超导电缆的实际运行环境，对不同振动源模拟振动试验，通过测试振动试验前后的真空度、绝缘性能以及振动试验过程中的动力学特性数据，对超导电缆的抗振性能进行评价。
本发明采用如下的技术方案。
超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，振动试验包括：地铁模拟振动试验、打桩模拟振动试验和地震模拟振动试验。
所述方法包括：
步骤1，将超导电缆在振动试验台上就位；
步骤2，振动试验前，对超导电缆的真空度、绝缘性能进行测试；
步骤3，布置用于采集超导电缆动力学测试参量的传感器和数据采集仪；
步骤4，分别在测试工况下和考虑冷却液工况下，对超导电缆施加不同振动源，开展振动试验；
步骤5，振动试验过程中，对不同工况、不同振动源下的超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；对不同工况、不同振动源下的超导电缆的动力学测试参量进行采集；
步骤6，振动试验后，对超导电缆的真空度、绝缘性能进行测试；
步骤7，基于振动试验测试数据，对超导电缆的抗振性能进行评价。
优选地，步骤1中，振动试验台采用模块式台阵结构，包括4个2m×2m振动台；每个振动台由伺服电机驱动，存在X、Y方向上的自由度；
超导电缆在振动试验台上就位，是将超导电缆头部固定在2m×2m的振动台上，超导电缆的其余部位分别用三个高度为0.4m的水泥柱进行固定，使得超导电缆整体在同一水平线上。
优选地，步骤2中，振动试验前，通过对超导电缆的真空度进行测试，以获得试验前漏放气水平；通过对超导电缆的绝缘性能进行测试，以获得试验前介质谱的介损和电容。
优选地，步骤3中，动力学测试参量包括：应变、位移和加速度；
优选地，步骤3包括：
步骤3.1，将应变片贴在超导电缆的焊缝处，以测量超导电缆的应变；
步骤3.2，沿着超导电缆轴向，等间距均匀布置位移传感器和加速度传感器，以测量超导电缆的位移和加速度；
步骤3.3，利用数据采集仪，采集和汇总应变片、位移传感器和加速度传感器输出的信号。
优选地，步骤4中，振动源包括：地震波、地铁波和打桩波；
其中，地震波包括：第一自然地震波、第二自然地震波和人工地震波；每种地震波的烈度包括7度基本、7度罕遇、8度罕遇、9度罕遇；
打桩波选取高频振动钢板桩地表采集信号。
优选地，步骤5包括：
步骤5.1，在测试工况下，各振源的启动和结束时刻均对超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；
步骤5.2，在考虑冷却液工况下，各振源的启动和结束时刻均对超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；
步骤5.3，在测试工况下，各振源的振动过程中，连续采集超导电缆的应变、位移和加速度；
步骤5.4，在考虑冷却液工况下，各振源的振动过程中，连续采集超导电缆的应变、位移和加速度。
优选地，步骤6中，振动试验后，通过对超导电缆的真空度进行测试，以获得试验后漏放气水平；通过对超导电缆的绝缘性能进行测试，以获得试验后介质谱的介损和电容。
进一步，超导电缆的真空度测试设备包括：氦质谱检漏仪、真空计、数据采集计算机、真空机组、抽空阀、三通、抽空管、真空闸板阀、氦气；
超导电缆的绝缘性能测试采用介质谱测试，介质谱试验频率范围为0.001Hz～1000Hz，介质谱测试电压有效值为140V。
优选地，步骤7包括：
步骤7.1，基于振动试验过程中，采集到的超导电缆的结构自振频率、阻尼比、应变、位移和加速度，对超导电缆的动力学特性进行评价；
步骤7.2，基于振动试验前后超导电缆的漏放气水平，对超导电缆的真空度进行评价；
步骤7.3，基于振动试验前后超导电缆的介质谱的介损和电容，对超导电缆的绝缘性能进行评价。
优选地，步骤7.1包括：
步骤7.1.1，根据测试工况和考虑冷却液工况下的正弦波扫频结果，结合采集到的位移和加速度，得到各振源振动后超导电缆的模态；识别超导电缆结构、自振频率与阻尼比的变化情况，以判定超导电缆在振动中是否发生损伤；
步骤7.1.2，根据采集到的应变，判别振动时超导电缆关键部位的应力是否会对结构造成影响；
步骤7.1.3，根据采集到的位移和加速度，判别超导电缆在振动过程中的位移幅度是否会对结构造成影响。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，采用本发明提出的振动试验与抗振性能测试方法，能够开展超导电缆抗振性能与测试相关的研究工作，通过分析得到了以地铁振动、地基打桩振动、典型地震振动、上海人工波振动为代表的多种振动工况下超导电缆所处振动环境的参数化方案，形成了以加速度、振级、频率等动力学参数为控制变量的超导电缆振动试验方法，通过超导电缆振动试验与有限元仿真分析的结合研究，确立了超导电缆振动试验的实施方案。
通过试验发现，在考虑了包括9度罕遇极端地震情况的多种振动工况试验后，超导电缆振动前后介质谱变化趋势相似，振动对超导电缆的介质介损特性影响较小；试验所加载的多种振动工况对于超导电缆的漏放气水平平均影响小于5％，且振动后超导电缆的真空度可自恢复。通过研究建立了超导电缆振动的试验方法，试验所加载的多种振动工况不会导致超导电缆的结构变化和电气参数变化，冲击性振动载荷不会引发超导电缆绝缘材料的内部缺陷。
通过本发明提出的超导电缆振动试验，得到超导电缆运行环境振动的特性，能够用于确定超导电缆的特性，检查其设计和构造的不足，还能够了解超导电缆在实际运行环境中可能受到振动影响的程度。
附图说明
图1为本发明的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法的振动试验流程框图；
图2为本发明的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法的超导电缆定位示意图；
图3为本发明的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法的传感器布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。
如图1，超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，振动试验包括：地铁模拟振动试验、打桩模拟振动试验和地震模拟振动试验。
所述方法包括：
步骤1，将超导电缆在振动试验台上就位。
具体地，步骤1中，振动试验台采用模块式台阵结构，包括4个2m×2m振动台；每个振动台由伺服电机驱动，存在X、Y方向上的自由度。
本优选实施例中，采用的振动试验台，既可以拼接成1个4m×4m方型的大型振动台进行建筑物或结构物的抗振试验，也可以以一定间隔排开为“一”字型，形成1个至4个2m×2m的振动台台阵进行桥梁、隧洞等长条形结构物的抗振试验；现设计为水平2方向(X，Y轴)加振，并考虑预留垂直振动方向(Z轴)的扩展能力。
模型定位也就是明确模型最终试验时在振动台上的摆放位置及方向，其原则是：尽量使结构质心位于振动台中心，且宜限定在距台面中心半径为600mm的范围内尽量使结构的弱轴方向与振动台的X方向重合，以对模型结构最不利情况进行试验。
如图2，超导电缆在振动试验台上就位，是将超导电缆头部固定在2m×2m的振动台上，超导电缆的其余部位分别用三个高度为0.4m的水泥柱进行固定，使得超导电缆整体在同一水平线上。
步骤2，振动试验前，对超导电缆的真空度、绝缘性能进行测试。
具体地，步骤2中，振动试验前，通过对超导电缆的真空度进行测试，以获得试验前漏放气水平；通过对超导电缆的绝缘性能进行测试，以获得试验前介质谱的介损和电容。
步骤3，布置用于采集超导电缆动力学测试参量的传感器和数据采集仪。
具体地，步骤3中，动力学测试参量包括：应变、位移和加速度。
具体地，步骤3包括：
步骤3.1，将应变片贴在超导电缆的焊缝处，以测量超导电缆的应变；
步骤3.2，沿着超导电缆轴向，等间距均匀布置位移传感器和加速度传感器，以测量超导电缆的位移和加速度；
步骤3.3，利用数据采集仪，采集和汇总应变片、位移传感器和加速度传感器输出的信号。
本发明优选实施例中，振动试验主要涉及三种传感器：加速度传感器、位移传感器和应变片。
在振动测量时，应合理选择传感器布置位置，如振动位移是研究强度和变形的重要依据；振动加速度与作用力或载荷成正比，是研究动力强度和疲劳的重要依据，用加速度传感器获取结构振动频率，模态等振动特性。传感器布置详见图3。
应变片采用电阻应变片考虑到电缆采用的材料强度较高不易产生形变，选择首先将应变片贴在振动后可能会影响到电缆真空度的重要部位，使用应变花测量焊缝处在振动过程中的应变以进行强度评估。
本优选实施例中，所使用的数据采集仪和传感器情况如表1所示。
表1数据采集仪和传感器设备表
数据采集仪的256通道中，分别对应变花、拉线式位移传感器和加速度传感器进行了通道分配与编号，详见表2。
表2数据采集仪内的传感器通道号与传感器编号
步骤4，分别在测试工况下和考虑冷却液工况下，对超导电缆施加不同振动源，开展振动试验。
具体地，步骤4中，振动源包括：地震波、地铁波和打桩波。
其中，地震波包括：第一自然地震波、第二自然地震波和人工地震波；每种地震波的烈度包括7度基本、7度罕遇、8度罕遇、9度罕遇。
打桩波选取高频振动钢板桩地表采集信号。
步骤5，振动试验过程中，对不同工况、不同振动源下的超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；对不同工况、不同振动源下的超导电缆的动力学测试参量进行采集。
本发明优选实施例中，首先对测试工况下的超导电缆进行振动试验，加载工况如表3所示。
表3测试工况下的超导电缆振动源一览表
对考虑冷却液情况下的超导电缆进行振动试验，加载工况如表4所示。
表4带冷却液工况下的超导电缆振动源一览表
具体地，步骤5包括：
步骤5.1，在测试工况下，各振源的启动和结束时刻均对超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；
本优选实施例中，测试工况下各个振动开始和结束时均进行了正弦波扫频(1-50Hz)，扫频结果如下：
表5 CW1工况扫频结果
| 模态 | 频率(Hz) | 阻尼比(％) |
| 1 | 3.027 | 2.118 |
| 2 | 7.617 | 1.065 |
| 3 | 12.598 | 1.825 |
表6 CW3工况扫频结果
表7 CW6工况扫频结果
| 模态 | 频率(Hz) | 阻尼比 |
| 1 | 3.027 | 2.118 |
| 2 | 7.617 | 1.065 |
| 3 | 12.598 | 1.825 |
表8 CW7工况扫频结果
| 模态 | 频率(Hz) | 阻尼比 |
| 1 | 3.027 | 2.118 |
| 2 | 7.617 | 1.065 |
| 3 | 12.598 | 1.825 |
从正弦波扫频试验结果可以看出，在各级地震作用下，模型结构自振频率与阻尼比均为变化，初步判定超导电缆在地震作用下未发生损伤，能够适用于抗震设防地区。
步骤5.2，在考虑冷却液工况下，各振源的启动和结束时刻均对超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比。
本优选实施例中，加冷却液后各个振动开始和结束时均进行了正弦波扫频(1-50Hz)，扫频结果如下：
表9 DW1工况扫频结果
| 模态 | 频率 | 阻尼比(％) |
| 1 | 3.027 | 1.468 |
| 2 | 7.959 | 2.370 |
| 3 | 12.744 | 1.621 |
从加冷却液后超导电缆正弦波扫频试验结果可以看出，自振频率略有增大，阻尼比略有减小，可以初步判定，在各级地震作用下，加冷却液后超导电缆几乎没有损伤，适用于抗震设防区域。
步骤5.3，在测试工况下，各振源的振动过程中，连续采集超导电缆的应变、位移和加速度。
本优选实施例中，表3中的C19工况为人工地震波，抗震设防烈度为9度罕遇，峰值加速度为0.62g，采用x、y双向加载方式，属于测试工况中地震作用最强烈的工况，此工况下试验结果如下：
(1)应力分析
地震作用下，焊缝处最大应力仅为0.62Mpa，远远小于屈服应力。地震作用下对焊缝几乎没有任何影响，焊缝处是安全的。
(2)位移分析
本优选实施例中，在超导电缆结构上布置5个拉线式位移传感器，超导电缆结构在地震作用下，测点1、2的位移相对较大，最大值达到15mm左右，而测点3、4、5的位移较小，均小于5mm。总体来说，位移幅度很小，对超导电缆结构影响几乎没有。
(3)加速度分析
本优选实施例中，在超导电缆结构上布置了5个加速度传感器，超导电缆结构在地震作用下，测点1在C19工况下峰值加速度为1.04743g，测点2在C19工况下峰值加速度为0.75733g，测点3在C19工况下峰值加速度为0.65675g，测点4在C19工况下峰值加速度为0.62436g，测点5在C19工况下峰值加速度为0.58488g。
步骤5.4，在考虑冷却液工况下，各振源的振动过程中，连续采集超导电缆的应变、位移和加速度。
本优选实施例中，表4中的D8工况下试验结果如下：
(1)应力分析
地震作用下，焊缝处最大应力仅为0.31Mpa，远远小于屈服应力。地震作用下对焊缝几乎没有任何影响，焊缝处是安全的。
(2)位移分析
本优选实施例中，在超导电缆结构上布置5个拉线式位移传感器，超导电缆结构在地震作用下，测点1-4的位移均小于10mm，大多在5mm左右，位移幅度很小，可认为对超导电缆结构几乎没有影响。
(3)加速度分析
本优选实施例中，在超导电缆结构上布置了5个加速度传感器，超导电缆结构在地震作用下，测点1的峰值加速度相对较大在1.0g左右，而测点2、3、4的峰值加速度相对较小，均小于0.5g。
步骤6，振动试验后，对超导电缆的真空度、绝缘性能进行测试；
具体地，步骤6中，振动试验后，通过对超导电缆的真空度进行测试，以获得试验后漏放气水平；通过对超导电缆的绝缘性能进行测试，以获得试验后介质谱的介损和电容。
本优选实施例中，振动试验前后进行超导电缆的真空度测试，主要为了测试振动过程对电缆真空寿命的影响情况；用于真空度测试的设备包括：氦质谱检漏仪、真空计、数据采集计算机、真空机组、抽空阀、三通、抽空管、真空闸板阀、氦气。通过抽真空测试超导电缆振动前后的漏放气速率对比情况，判断振动过程对电缆真空寿命的影响，试验步骤如下：
步骤A1，电缆绝热套连接抽空阀，抽空阀通过三通和真空管连接真空机组，三通另一通连接真空计。检漏仪连接真空机组抽空室；
步骤A2，用真空机组对其进行抽空，将真空度抽至10-2Pa以下；
步骤A3，用检漏仪检测管路泄漏情况，确保无可检测到的泄漏；
步骤A4，用闸板阀断开检漏仪；
步骤A5，当真空度小于0.01Pa停止抽空，用真空计测量绝热管真空度上升情况，并用计算机实时记录真空度变化情况，以此推算绝热管漏放气水平；
步骤A6，重复步骤A5，重复测试5次以上，直至漏放气达到稳定水平，并记录漏放气性能水平；
步骤A7，将电缆重新抽空值0.01Pa一下，关闭抽空阀；
步骤A8，进行电缆模拟振动试验；
步骤A9，重复步骤A5获得振动后的超导电缆漏放气性能水平，并与振动前的数值进行比较。
开展超导电缆振动试验后，进行超导电缆的漏放气水平测量，得到的测量结果如表10所示。
表10振动试验过程漏放气水平
分析表10所示振动后超导电缆漏放气水平的表征数据，综合对比振动前其漏放气水平，可得，试验所加载振动工况对于超导电缆的漏放气水平平均影响小于5％，且振动后超导电缆的真空度可自恢复。
将每分钟测得的超导电缆真空度数据计算一个超导电缆真空度相对标准偏差值，结果显示数据的离散度与电缆是否振动没有直接的关系。
本发明优选实施例中，超导电缆的绝缘性能测试采用介质谱测试，介质谱测量过程是在需要测量的主绝缘系统两端加上不同频率的交流电压，通过测量这个交流电压和由整个轴对称的复合绝缘系统产生的电流，计算相应频率下的介损和电容值。在试验中，介质谱测试电压有效值为140V，在扫频(0.01Hz-1000Hz)电源下对介质的介质损耗角正切值tanδ与电容C进行测量与计算，获得不同绝缘状态所相应的介损频率特性曲线。利用介损频率特性可直观的反映出频域下绝缘介质的一些电学参数及老化程度的估计值，由此可方便地进行绝缘诊断。
通过测试获得测试工况下超导电缆振动前后的介损-频率曲线与电容-频率曲线，振动前后介质谱变化趋势相同，表明振动对超导电缆的介质介损特性影响较小；振动前后超导电缆的电容测量结果基本重合，表明试验所施振动工况对超导电缆的介质电容影响较小。
步骤7，基于振动试验测试数据，对超导电缆的抗振性能进行评价。
具体地，步骤7包括：
步骤7.1，基于振动试验过程中，采集到的超导电缆的结构自振频率、阻尼比、应变、位移和加速度，对超导电缆的动力学特性进行评价。
具体地，步骤7.1包括：
步骤7.1.1，根据测试工况和考虑冷却液工况下的正弦波扫频结果，结合采集到的位移和加速度，得到各振源振动后超导电缆的模态；识别超导电缆结构、自振频率与阻尼比的变化情况，以判定超导电缆在振动中是否发生损伤；
本优选实施例中，各振源振动后超导电缆的模态是通过ANSYS模态分析得到，基于线弹性理论，分析可知在超导电缆结构正常工作区间内材料均处于弹性阶段，因此在材料设置方面均采用线弹性参数。求解方法采用Block Lanczos法，为提高求解精度，共划分单元418039个，节点数量达1816975。超导电缆有限元仿真前6阶模态，前6阶固有频率见表11。
表11前六阶固有频率
| 阶号 | 频率(Hz) |
| 1 | 1.6167 |
| 2 | 4.7938 |
| 3 | 7.3760 |
| 4 | 11.933 |
| 5 | 20.409 |
| 6 | 29.005 |
前三阶模态振型较为简单，均仅出现一个波峰，也即电缆仅在其轴线的某一边上波动：第1阶模态为超导电缆绕固定端处的简单偏转，第2阶模态约为电缆绕其自身长度中点处的偏转，第3阶模态大致为其绕靠自由端(左端)三等分点处的偏转。而电缆自振模态进入第四阶以后，振型开始出现一个以上波峰，模态开始呈现复杂形态：第4阶模态电缆整体除固定端部分呈现出一又四分之一个正弦半波，第5阶则约呈现一又四分之三个正弦半波，第6阶大致呈现二又四分之一个正弦半波，不难设想更高阶的模态超导电缆的表面形态将更为扭曲。整体来看，结构表面的振型与悬臂梁给出的振型具有较高的相似度，这也与模拟所设置的固定端约束契合。结构前几阶的固有频率都相对较低，表面结构的共振将较易发生在低频段。由频率的计算方式可知，在一定的质量作用下，该结构的刚度偏低，结构偏柔性。因此，结构在抗震性能的表现上应较为可靠，即抗震能力较强。
步骤7.1.2，根据采集到的应变，判别振动时超导电缆关键部位的应力是否会对结构造成影响；
步骤7.1.3，根据采集到的位移和加速度，判别超导电缆在振动过程中的位移幅度是否会对结构造成影响。
步骤7.2，基于振动试验前后超导电缆的漏放气水平，对超导电缆的真空度进行评价。
本优选实施例中，振动开始前用真空机对超导电缆抽真空，将真空度抽至10-2Pa以下；进行超导电缆振动试验；获得振动过程中及振动后的超导电缆真空度，计算振动前后超导电缆漏放气速率变化，判断振动是否会对超导电缆真空度造成影响。
步骤7.3，基于振动试验前后超导电缆的介质谱的介损和电容，对超导电缆的绝缘性能进行评价。
本优选实施例中，振动开始前对介质的介质损耗角正切值tanδ与电容C进行测量与计算，获得常规状态下的介损频率特性曲线；振动过程中及振动结束后对介质的介质损耗角正切值tanδ与电容C进行测量与计算，获得振动状态下及振动结束后的介损频率特性曲线；比较振动前后的介损频率特性曲线，判断振动是否会对超导电缆绝缘性能造成影响。
本发明的有益效果在于，与现有技术相比，采用本发明提出的振动试验与抗振性能测试方法，能够开展超导电缆抗振性能与测试相关的研究工作，通过分析得到了以地铁振动、地基打桩振动、典型地震振动、上海人工波振动为代表的多种振动工况下超导电缆所处振动环境的参数化方案，形成了以加速度、振级、频率等动力学参数为控制变量的超导电缆振动试验方法，通过超导电缆振动试验与有限元仿真分析的结合研究，确立了超导电缆振动试验的实施方案。
通过试验发现，在考虑了包括9度罕遇极端地震情况的多种振动工况试验后，超导电缆振动前后介质谱变化趋势相似，振动对超导电缆的介质介损特性影响较小；试验所加载的多种振动工况对于超导电缆的漏放气水平平均影响小于5％，且振动后超导电缆的真空度可自恢复。通过研究建立了超导电缆振动的试验方法，试验所加载的多种振动工况不会导致超导电缆的结构变化和电气参数变化，冲击性振动载荷不会引发超导电缆绝缘材料的内部缺陷。
通过本发明提出的超导电缆振动试验，得到超导电缆运行环境振动的特性，能够用于确定超导电缆的特性，检查其设计和构造的不足，还能够了解超导电缆在实际运行环境中可能受到振动影响的程度。
本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，所述振动试验包括：地铁模拟振动试验、打桩模拟振动试验和地震模拟振动试验，其特征在于，
所述方法包括：
步骤1，将超导电缆在振动试验台上就位；
步骤2，振动试验前，对超导电缆的真空度、绝缘性能进行测试；
步骤3，布置用于采集超导电缆动力学测试参量的传感器和数据采集仪；
步骤4，分别在测试工况下和考虑冷却液工况下，对超导电缆施加不同振动源，开展振动试验；
步骤5，振动试验过程中，对不同工况、不同振动源下的超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；对不同工况、不同振动源下的超导电缆的动力学测试参量进行采集；
步骤6，振动试验后，对超导电缆的真空度、绝缘性能进行测试；
步骤7，基于振动试验测试数据，对超导电缆的抗振性能进行评价。
2.根据权利要求1所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤1中，所述振动试验台采用模块式台阵结构，包括4个2m×2m振动台；每个振动台由伺服电机驱动，存在X、Y方向上的自由度；
所述超导电缆在振动试验台上就位，是将超导电缆头部固定在2m×2m的振动台上，超导电缆的其余部位分别用三个高度为0.4m的水泥柱进行固定，使得超导电缆整体在同一水平线上。
3.根据权利要求1所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤2中，振动试验前，通过对超导电缆的真空度进行测试，以获得试验前漏放气水平；通过对超导电缆的绝缘性能进行测试，以获得试验前介质谱的介损和电容。
4.根据权利要求1所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤3中，所述动力学测试参量包括：应变、位移和加速度；
步骤3包括：
步骤3.1，将应变片贴在超导电缆的焊缝处，以测量超导电缆的应变；
步骤3.2，沿着超导电缆轴向，等间距均匀布置位移传感器和加速度传感器，以测量超导电缆的位移和加速度；
步骤3.3，利用数据采集仪，采集和汇总应变片、位移传感器和加速度传感器输出的信号。
5.根据权利要求1所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤4中，振动源包括：地震波、地铁波和打桩波；
其中，地震波包括：第一自然地震波、第二自然地震波和人工地震波；每种地震波的烈度包括7度基本、7度罕遇、8度罕遇、9度罕遇；
打桩波选取高频振动钢板桩地表采集信号。
6.根据权利要求4所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤5包括：
步骤5.1，在测试工况下，各振源的启动和结束时刻均对超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；
步骤5.2，在考虑冷却液工况下，各振源的启动和结束时刻均对超导电缆进行正弦波扫频，以获得超导电缆的结构自振频率与阻尼比；
步骤5.3，在测试工况下，各振源的振动过程中，连续采集超导电缆的应变、位移和加速度；
步骤5.4，在考虑冷却液工况下，各振源的振动过程中，连续采集超导电缆的应变、位移和加速度。
7.根据权利要求1所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤6中，振动试验后，通过对超导电缆的真空度进行测试，以获得试验后漏放气水平；通过对超导电缆的绝缘性能进行测试，以获得试验后介质谱的介损和电容。
8.根据权利要求3或7所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
所述超导电缆的真空度测试设备包括：氦质谱检漏仪、真空计、数据采集计算机、真空机组、抽空阀、三通、抽空管、真空闸板阀、氦气；
所述超导电缆的绝缘性能测试采用介质谱测试，介质谱试验频率范围为0.001Hz～1000Hz，介质谱测试电压有效值为140V。
9.根据权利要求6所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤7包括：
步骤7.1，基于振动试验过程中，采集到的超导电缆的结构自振频率、阻尼比、应变、位移和加速度，对超导电缆的动力学特性进行评价；
步骤7.2，基于振动试验前后超导电缆的漏放气水平，对超导电缆的真空度进行评价；
步骤7.3，基于振动试验前后超导电缆的介质谱的介损和电容，对超导电缆的绝缘性能进行评价。
10.根据权利要求8所述的超导电缆振动试验与抗振性能测试方法，其特征在于，
步骤7.1包括：
步骤7.1.1，根据测试工况和考虑冷却液工况下的正弦波扫频结果，结合采集到的位移和加速度，得到各振源振动后超导电缆的模态；识别超导电缆结构、自振频率与阻尼比的变化情况，以判定超导电缆在振动中是否发生损伤；
步骤7.1.2，根据采集到的应变，判别振动时超导电缆关键部位的应力是否会对结构造成影响；
步骤7.1.3，根据采集到的位移和加速度，判别超导电缆在振动过程中的位移幅度是否会对结构造成影响。
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