本发明属于电气系统电缆故障领域，具体涉及一种电缆径向局部受潮损伤模拟方法。
背景技术
近年来，电气化铁路发展飞速，动车的运行在日常出行中扮演着越来越重要的角色，而动车电缆承担着输送电能的重要作用，所以动车电缆的安全运行直接关系着交通运输是否能够正常运作。在实际运行过程中，由于动车结构的原因以及运行线路的特点，动车电缆常常发生不同程度的弯折扭曲，而在弯折处，电缆各种性能下降，更易遭受水分入侵，随着运行时间的增加，水分会在入侵点向四周扩散，导致动车电缆出现径向局部受潮损伤，严重影响其工作性能，威胁动车安全运行。因此研究动车电缆径向局部受潮损伤的模拟，并能对测试电缆进行损伤检测十分必要。
众所周知，动车电缆在实际运行使用中常常发生径向弯折，但是在径向弯折处的水分入侵比较随机，所以往往很难获得不同程度的径向局部受潮损伤电缆；而目前针对电缆故障情况一般使用局部放电检测方法，但对于动车电缆的径向局部受潮并没有明确的方法进行检测，所以为研究动车电缆径向局部受潮损伤，急需一种比较方便、快捷、可控的方法模拟电缆不同程度的径向局部受潮损伤，并能在该径向局部受潮损伤模拟的基础上对测试电缆进行损伤检测，对于未来动车电缆的安全有效运维具有重大的工程价值和理论意义。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种电缆径向局部受潮损伤模拟方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种电缆径向局部受潮损伤模拟方法，包括以下的模拟及测试步骤：
步骤1：组装电缆径向局部受潮损伤模拟装置；
1.1：该电缆径向局部受潮损伤模拟装置，包括隔离箱(1)，隔离箱(1)内的底部设置有左横向滑行杆(23)和右横向滑行杆(35)；
1.2：该电缆径向局部受潮损伤模拟装置，还包括第一支撑组件(22)和第二支撑组件(25)；所述第一支撑组件(22)包括架设在左横向滑行杆(23)上的左支撑柱和架设在右横向滑行杆(35)上的右支撑柱，左、右支撑柱分别连接纵向滑行杆(32)的左、右两端；纵向滑行杆(32)上，通过升降装置套装有一个或两个可纵向移动的u型夹具(12)；u型夹具包括用于夹持电缆的横向或纵向的u型夹头，u型夹头上还设置有楔形中空针刺组件(11)；
所述第二支撑组件(25)与第一支撑组件(22)结构相同；
1.3：该电缆径向局部受潮损伤模拟装置，还包括横向刻度尺(26)和纵向刻度尺(13)；
1.4：该电缆径向局部受潮损伤模拟装置，还包括与第一支撑组件(22)结构相同的第三支撑组件(28)；
步骤2：电缆径向局部受潮损伤模拟处理；
2.1：准备全新的测试电缆，将其放入40℃恒温干燥箱中12小时，得到无径向局部受潮损伤的电缆；
2.2：准备全新的测试电缆，使用电缆径向局部受潮损伤模拟装置，对测试电缆进行局部受潮损伤处理，将测试电缆15°弯曲，在弯曲处刺入2个楔形中空针刺组件后注入10毫升的蒸馏水，进行4小时的70kpa水压压控处理，得到轻度径向局部受潮损伤的测试电缆；
2.3：准备全新的测试电缆，使用电缆径向局部受潮损伤模拟装置，对测试电缆进行局部受潮损伤处理，将测试电缆90°弯曲，在弯曲处刺入2个楔形中空针刺组件后注入10毫升的蒸馏水，进行8小时的700kpa水压压控处理，得到中度径向局部受潮损伤的测试电缆；
2.4：准备全新的测试电缆，使用电缆径向局部受潮损伤模拟装置，对测试电缆进行局部受潮损伤处理，将测试电缆180°弯曲，在弯曲处刺入2个楔形中空针刺组件后注入10毫升的蒸馏水，进行12小时的7mpa水压压控处理，得到重度径向局部受潮损伤的测试电缆；
径向局部受潮损伤模拟实现的4个等级故障程度，依次标记为：故障0、故障1、故障2、故障3。
步骤3：电缆径向局部受潮损伤故障的检测；
针对步骤1和步骤2经处理后得到的不同径向局部受潮损伤的测试电缆，对其径向损伤程度进行测试，包括以下步骤：
3.1：取无故障电缆，利用局部放电测试仪，在放电量范围100pc-2000pc内平均选取m+1个测试点的放电量，第i个放电量测试点记为qi，i∈[1,m+1]，依次测试各放电量测试点qi下的放电频次值，各放电量测试点qi经k次测试后，记录得到该测试点的k个放电频次值
3.2：取存在故障的待测试电缆，按步骤3.1的方法分别获得qi下的k个放电频次值
3.3：利用牛顿插值方法对参考放电频次分布谱进行拟合，获得对应的频谱数学模型y0(q)如下：
y0(q)＝ε1+ε2(q-q1)+ε3(q-q1)(q-q2)+ε4(q-q1)(q-q2)(q-q3)+
····+εn(q-q1)(q-q2)····(q-qn-1)
式中，q1,q2,····qn-1,qn为测试点的放电量；
…
y0[q1,q2····,qn-1,qn]表示
3.4：利用3.3中所述方式对待测放电频次分布谱进行拟合，获得对应的频谱数学模型yx(q)如下：
yx(q)＝β1+β2(q-q1)+β3(q-q1)(q-q2)+β4(q-q1)(q-q2)(q-q3)+
····+βn(q-q1)(q-q2)····(q-qn-1)
式中，q1,q2,····qn-1,qn是测试点的放电量；
…
yx[q1,q2····qn-1,qn]表示
3.5：计算拟合频次曲线数学模型的积分差δyxi；
将100pc-2000pc范围内的拟合频次曲线根据步骤3.1和3.2中的m+1个测试点划分为m个计算区段，每个区间以该区间的左端放电量qi下标的i作为区间标号，对于每个区间段内的y0(q)和yx(q)进行积分差求解，各区段频谱曲线模型的积分差δyxi为：
式中，i为整数，i的范围满足：i∈[1,m]，qi为步骤3.1和3.2中第i个测试点的放电量；
3.6：计算损伤曲线最大偏移量δ，如下：
式中，i为整数，i的范围满足：i∈[1,m]，qi为步骤3.1和3.2中第i个测试点的放电量。
进一步地，还包括以下步骤：
步骤1：判断最大偏移量δ，若δ≤1则测试电缆无径向局部受潮损伤；若1＜δ≤1.5，则测试电缆轻度径向局部受潮损伤，当δ＞1.5，继续步骤2；
步骤2：计算径向局部受潮损伤系数ξ：
式中，λmax为极大损伤率，表示在m+1个测试点中，每个测试点进行k次测试时所有大于等于平均值
步骤3：若ξ≤1.5，则测试电缆为中度局部受潮径向损伤；若1.5＜ξ≤4.5，则测试电缆为重度局部受潮径向损伤，若ξ＞4.5时，径向局部受潮损伤将会严重影响到电缆的正常检测，应立即停止模拟测试。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明的径向局部受潮损伤模拟可以通过调节各u型夹具的横向、纵向和高度的相对位置，方便实现不同径向损伤的模拟；
(2)本发明的径向局部受潮损伤检测方法可以通过参考频次曲线和测试频次曲线的模型差异对比，以及损伤频次曲线自身测试信息的不同，更为准确地判断测试电缆损伤情况。
附图说明
图1为电缆径向局部受潮损伤模拟装置的结构图。
图2为电缆径向局部受潮损伤模拟装置的俯视图。
图3为电缆径向局部受潮损伤检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1、图2所示为本发明故障模拟装置结构示意图，包括隔离箱(1)、高度调节旋钮1(2)、楔形中空针刺组件1(3)、u型夹具1(4)、纵向刻度尺1(5)、高度调节旋钮2(6)、楔形中空针刺组件2(7)、u型夹具2(8)、纵向刻度尺2(9)、高度调节旋钮3(10)、楔形中空针刺组件3(11)、u型夹具3(12)、纵向刻度尺3(13)、u型夹具4(33)、u型夹具5(34)、信号传输测试线(14)、电缆终端输入端口(15)、高压套管(16)、连接测试台(17)、设置调节器(18)、数据显示器(19)、测试控制器(20)、滑行测试指针1(21)、支撑组件3(22)、横向滑行杆1(23)、横向滑行杆2(35)、滑行测试指针2(24)、支撑组件2(25)、横向刻度尺(26)、滑行测试指针3(27)、支撑组件1(28)、测试电缆(29)、纵向滑行杆1(30)、纵向滑行杆2(31)、纵向滑行杆3(32)；所述高度调节旋钮1(2)、高度调节旋钮2(6)、高度调节旋钮3(10)可分别根据纵向滑行杆1(30)、纵向滑行杆2(31)、纵向滑行杆3(32)上的高度刻度调节u型夹具1(4)、u型夹具2(8)与u型夹具3(12)的高度，用以调节测试电缆(29)关键部位的高度；所述支撑组件1(28)、支撑组件2(25)、支撑组件3(22)各连接有纵向滑行杆1(30)、纵向滑行杆2(31)、纵向滑行杆3(32)，u型夹具1(4)、u型夹具2(8)、u型夹具3(12)可通过纵向刻度尺1(5)、纵向刻度尺2(9)、纵向刻度尺3(13)控制纵向滑行位置在纵向滑行杆1(30)、纵向滑行杆2(31)、纵向滑行杆3(32)上滑行；所述支撑组件1(28)、支撑组件2(25)、支撑组件3(22)均连接至横向滑行杆1(23)、横向滑行杆2(35)上，可在滑行杆上进行左右滑行，所述的横向刻度尺(26)和滑行测试指针1(21)、滑行测试指针2(24)、滑行测试指针3(27)用以控制横向滑行位置；所述的楔形中空针刺组件1(3)、楔形中空针刺组件2(7)、楔形中空针刺组件3(11)对测试电缆(29)弯折部位进行尖刺缺陷处理，并能在尖刺部位进行注水处理；所述的设置调节器(18)、数据显示器(19)、测试控制器(20)能控制尖刺部位水压和注水时间，实现测试电缆(29)的局部受潮模拟。
电缆径向局部受潮损伤模拟的模拟方法为：通过调节测试电缆(29)上各u型夹具的高度、横向位置和纵向位置，使测试电缆(29)发生径向弯折损伤；通过对测试电缆(29)径向弯折部分进行尖刺处理，并通过设置调节器(18)、数据显示器(19)、测试控制器(20)对尖刺部位进行注水压强和注水时间的控制，实现模拟测试电缆(29)局部受潮的目的，具体为：
准备全新的测试电缆，将其放入40℃恒温干燥箱中12小时，得到无径向局部受潮损伤的电缆，标示为故障0；
准备全新的测试电缆，使用电缆径向局部受潮损伤模拟装置，对测试电缆进行局部受潮损伤处理，将测试电缆90°弯曲，在弯曲处刺入2个楔形中空针刺组件后注入10毫升的蒸馏水，进行8小时的700kpa水压压控处理，得到中度径向局部受潮损伤的测试电缆，标示为故障2；
图3所示为电缆径向局部受潮损伤检测方法的流程图，该方法可以对前述电缆径向局部受潮故障模拟器模拟得到的电缆受潮故障进行测评，以下为一个具体的实施例，包括以下步骤：
步骤一：选用表征故障0的无故障电缆，利用局部放电测试仪，在放电量范围100pc-2000pc内平均选取m+1个测试点的放电量，第i个放电量测试点记为qi，i∈[1,m+1]，依次测试各放电量测试点qi下的放电频次值，各放电量测试点qi经k次测试后，记录得到该测试点的k个放电频次值
步骤二：选用表征故障2的中度受潮的待测试电缆，按步骤一的方法分别获得qi下的k个放电频次值
步骤三：利用牛顿插值方法对参考放电频次分布谱进行拟合，获得对应的频谱数学模型y0(q)如下：
y0(q)＝ε1+ε2(q-q1)+ε3(q-q1)(q-q2)+ε4(q-q1)(q-q2)(q-q3)+····+εn(q-q1)(q-q2)····(q-qn-1)
式中，q1,q2,····qn-1,qn为测试点的放电量；
…
y0[q1,q2····,qn-1,qn]表示
步骤四：利用步骤三中所述方式对待测放电频次分布谱进行拟合，获得对应的频谱数学模型y2(q)如下：
y2(q)＝β1+β2(q-q1)+β3(q-q1)(q-q2)+β4(q-q1)(q-q2)(q-q3)+
····+βn(q-q1)(q-q2)····(q-qn-1)
式中，q1,q2,····qn-1,qn是测试点的放电量；
…
y2[q1,q2····qn-1,qn]表示
步骤五：计算拟合频次曲线数学模型的积分差δy2i；
将100pc-2000pc范围内的拟合频次曲线根据步骤3.1和3.2中的m+1个测试点划分为m个计算区段，每个区间以该区间的左端放电量qi下标的i作为区间标号，对于每个区间段内的y0(q)和y2(q)进行积分差求解，各区段频谱曲线模型的积分差δy2i为：
式中，i为整数，i的范围满足：i∈[1,m]，qi为步骤一和步骤二中第i个测试点的放电量；
步骤六：计算损伤曲线最大偏移量δ，如下：
式中，i为整数，i的范围满足：i∈[1,m]，qi为步骤一和步骤二中第i个测试点的放电量；
计算得出δ＝2.3；
步骤七：判断最大偏移量δ，当p>1.5，继续步骤八；
步骤八：计算径向局部受潮损伤系数ξ：
式中，λmax为极大损伤率，表示在m+1个测试点中，每个测试点进行k次测试时所有大于等于平均值
计算得出ξ＝0.84。
步骤九：判断径向局部受潮损伤系数ξ的大小，ξ≤1.5，则判断测试电缆为中度局部受潮径向损伤。