不同温度条件下车载电缆终端频域介电谱实验系统与方法与流程

本发明属于车载电缆终端绝缘状态检测领域，具体涉及一种不同温度条件下的车载电缆终端频域介电谱实验系统与方法。

背景技术：

车载高压电缆是高速动车组和电力机车高压设备中最为关键的部分，动车组或机车连接各个高压设备和传输电能的作用无可替代。然而在我国西北地区，电力机车车载高压电缆终端炸裂事故频发，导致巨大经济损失，同时危害行车安全。由于其地域特殊性，车载电缆经常在一天之内经历几十度的巨大温度变化，这种变化使得裸露在外的车载电缆终端绝缘状态受到极大考验，车载电缆终端绝缘性能明显劣化，导致车载电缆终端绝缘破坏。因此，有必要对较大温度范围内车载电缆终端的介电谱特性进行研究，以更好的完成对车载电缆终端绝缘状态的检测与评估。

当前针对不同温度条件下车载电缆终端频域介电谱研究的主流方法为建立人工气候室，在人工气候室中改变温度条件，但是人工气候室体积过于庞大，建设周期较长，且运行耗费巨大，当温度变化范围过大时，人工气候室调节温度所需时间过长，导致建设成本与实验成本均过高，为此需要一种不同温度条件下的车载电缆终端频域介电谱实验系统与方法，以实现较大温度范围内车载电缆终端频域介电谱的测量。

技术实现要素：

为研究车载电缆终端在较大温度范围内的介电谱特性，本发明提供了一种不同温度条件下的车载电缆终端频域介电谱实验系统与方法。使之能够实现车载电缆终端在较大温度范围内进行频域介电谱测试。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：

一种不同温度条件下的车载电缆终端频域介电谱实验系统，由高温加热模拟系统，低温环境模拟系统，温度控制系统和频域介电谱测试系统组成；高温加热模拟系统置于低温环境模拟系统的腔体内，温度控制系统和频域介电谱测试系统统置于低温环境模拟系统的腔体外，具体构成为：

高温加热模拟系统构成为：试验油杯15通过支架21支撑在低温试验箱14内；试验油杯15分为外壁和内壁，内壁23为绝缘导热层，热电阻16布置在试验油杯15杯壁夹层中，具有八只传感器的传感器组分两列依附在试验油杯15内壁，在内壁深度方向等距排列；有机玻璃盖32封住杯口并预留用于通过被测电缆终端19和电气导线的通孔；所述电气导线包括用作试验油杯内的热电阻16和传感器组与外部直流电源1、温度控制系统2连接的电气导线；

所述低温环境模拟系统具有低温试验箱14，低温试验箱14顶部设置有换气孔22和排气管20，排气管20与外部换气系统相通；四个传感器两两分置于低温试验箱内上部和下部；低温试验箱14顶部预留有相应通孔以容纳被测电缆终端和电气导线通过；

所述温度集成控制系统的温度控制系统2与所述各传感器连接；直流电源1通过导线分别与热电阻16和温度控制系统2相连；pc机3与温度控制系统2相连，并根据各传感器和温度控制系统2采集处理的数据对气流调节系统4进行控制；

所述频域介电谱测试系统主要由pc机6，介电谱测试仪5和外部高压源3构成：其中介电谱测试仪5通过导线和防晕罩8相连，防晕罩8连接缆芯导体，同时介电谱测试仪6通过另一导线与接地线13相连，接地线13连接屏蔽层12进而形成测试回路。试验时对车载电缆终端19施加不同电压的扫频信号，记录不同温度条件下介电谱测试仪5的数据。

本发明同时给出一种不同温度条件下的车载电缆终端频域介电谱实验方法，包括以下步骤：

1)电缆终端19通过有机玻璃盖32进入试验油杯15，绝缘油17完全浸没绝缘伞裙18，接通低温试验箱14、温度控制系统2和直流电源1，对试验油杯15进行降温或者升温；

2)待温度稳定后，开启外部高压源3和介电谱测试仪5对车载电缆终端19进行频域介电谱测试；

3)开启风扇4、进气孔22和排气孔20，加快试验系统内部对流速度，配合改变试验温度；

4)利用温度控制系统2，设置测试温度及持续时间，改变试验温度；

5)待试验温度稳定后，再启动外部高压源3和介电谱测试仪5对车载电缆终端19进行频域介电谱测试；

6)重复步骤4和步骤5，完成不同温度条件下车载电缆终端19的频域介电谱实验测量，完成对车载电缆终端19老化状态评估。

本发明为在较大温度变化范围内车载电缆终端的频域介电谱实验提供基础实验平台，其优点在于：

1)利用低温试验箱以及试验油杯中的高温加热装置，对车载电缆终端进行不同温度变化条件下的频域介电谱试验，温度变化快速，且运行成本低。

2)本发明采用一种简单易实现的系统和方法来模拟车载电缆终端在现场运行条件下的频域介电谱实验，大大提高效率，具有较强经济适用性。

附图说明

图1为本发明实验装置系统外观结构及组成示意图。

图2为本发明实验装置中试验油杯的详细结构尺寸图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明：

图1所示为本发明实验装置外观结构及组成示意图。由图1可知一种不同温度条件下的车载电缆终端频域介电谱实验系统与方法，主要能够实现车载电缆终端在不同环境温度下的频域介电谱测试，具体特征为：低温环境模拟系统主要由低温试验箱14，排气孔20，风扇4，进气孔22，九号传感器33，十号传感器34，十一号传感器35，十二号传感器36组成:低温试验箱14用于对车载电缆终端19进行降温；九号传感器33与十二号传感器36安置在低温试验箱14顶部，十号传感器34与十一号传感器35安置在低温试验箱14低部，四个传感器用以实现实时检测低温试验箱14各个区域的环境温度，风扇4通过加快系统内空气流动配合温度控制系统2快速调节温度，排气孔20安置在低温试验箱14顶部在风扇4开启时打开保障试验箱内部空气流动；其高温加热装置主要由试验油杯15，车载电缆终端19，绝缘油17，热电阻16，一号传感器24二号传感器25，三号传感器26，四号传感器27，五号传感器28，六号传感器29，七号传感器30，八号传感器31，直流电源1，温度控制系统2组成:车载电缆终端19包括电缆缆芯9，电缆主绝缘10，电缆护套11，屏蔽层12，接地线13以及绝缘伞裙18，外部缆芯加装防晕罩8，用于均压防电晕，车载电缆终端19通过有机玻璃盖32进入试验油杯15，绝缘油17完全浸没绝缘伞裙18，试验油杯15分为外壁和内壁，内壁即为绝缘导热层23，热电阻16布置在试验油杯15杯壁夹层中，有机玻璃盖32与电缆之间作有效密封，试验油杯15通过支架21支撑在低温试验箱14内；热电阻16用耐高温绝缘胶带封装在试验油杯15夹层中，为试验油杯15加热，热电阻16穿过试验油杯15与直流电源1相连，温度控制系统2通过导线接收传感器数据，再与直流电源1相连，控制直流电源1的开断，实现对试验油杯15内，即车载电缆终端外部环境中温度的有效控制；

图中温度中央控制模块包括：直流电源1、温度控制系统2、导线导管7、一号传感器24、二号传感器25、三号传感器26、四号传感器27、五号传感器28、六号传感器29、七号传感器30、八号传感器31、九号传感器33、十号传感器34、十一号传感器35、十二号传感器36及其连接导线构成。直流电源1通过导线与温度控制系统2相连，通过温度控制系统2对直流电源1进行调控，控制热电阻16的加热状态，一号传感器24、二号传感器25、三号传感器26、四号传感器27、五号传感器28、六号传感器29、七号传感器30、八号传感器31均匀放置在试验油杯15中，并分别用导线通过导线导管7与温度控制系统2相连。九号传感器33、十号传感器34、十一号传感器35、十二号传感器36放置在低温试验箱14内部，并依次用导线与温度控制系统2相连；其频域介电谱测试系统主要由pc机6，介电谱测试仪5和外部高压源3构成：其中介电谱测试仪5通过导线和防晕罩8相连，防晕罩8连接缆芯导体，同时介电谱测试仪6通过另一导线与接地线13相连，接地线13连接屏蔽层12进而形成测试回路。试验时对车载电缆终端19施加不同电压的扫频信号，记录不同温度条件下介电谱测试仪5的数据。实验时可利用低温试验箱14对车载电缆终端19作降温处理，待达到设定温度之后，利用介电谱测试仪5对车载电缆终端19频域介电谱进行测量，当需要改变温度时，开启风扇4、进气孔22和排气孔20，实现低温试验箱14内快速空气流动，并启动直流电源1对试验油杯15中热电阻16通电加热，使车载电缆终端19逐渐升温，温度控制系统2接收传感器温度数据，待温度达到设定温度时，再利用介电谱测试仪5对车载电缆终端19频域介电谱进行测量。

图2所示为本发明实验装置中试验油杯的详细结构尺寸图。低温试验箱14采用复合结构，外部为pcm钢板，夹层采用硬质聚氨酯发泡材料作为保温隔层，试验油杯15用有机玻璃材料制成，试验油杯15外部高度为600mm，下部支架21垂直高度200mm，试验油杯15为双层，油杯内层直径为300mm，外层直径为340mm，其中夹层20mm，热电阻16宽度为10mm，有机玻璃盖32厚度10mm，其中有机玻璃盖32上开口宽度为56mm。

还需要说明的是，附图1表达的方案中，部分导线的引出的表达采用了简化的表达，但这不应影响阅读者对实际连接方式的理解。显而易见，在其它实验设备具有相当精度的条件下，本发明方案实施中用于传递信号的导线可采用光纤替代。