本发明属于高铁列车电缆终端故障领域，具体涉及一种温度梯度下电缆径向损伤故障模拟方法。
背景技术
最近几年来，随着我国高速铁路的飞速发展，铁路的电气化率不断提高，乙丙橡胶电缆由于其较高好的介电性能和韧性等特点，在铁路中承担着输送电能的重任，使用量急剧增加，电缆的情况直接关系到整个列车的运行安全。由于铁路道路的复杂性以及列车自身结构的问题，电缆常常会出现不同程度的弯折，使电缆出现径向损伤，导致绝缘层内部出现温度异常上升点集中的现象，并且当列车在严寒地区或者雨雪天气中运行时，电缆绝缘层外部处于低温状态，由此产生的温度梯度会对电缆绝缘造成影响，因此对温度梯段下电缆径向损伤故障的模拟，并能对电缆进行损伤检测就十分有重要意义。
利用电缆径向损伤故障模拟平台对电缆的径向损伤故障进行模拟是有效的故障检测研究的有效方法。但是目前针对温度梯度下电缆径向损伤故障模拟的研究还没有，并且对电缆径向损伤故障的检测主要以局部放电检测为主，局部放电检测是一种破坏性检测，因此，现亟需一种能够方便、无损的检测温度梯度下电缆径向损伤故障模拟平台与方法。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种温度梯度下电缆径向损伤故障模拟方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种温度梯度下电缆径向损伤故障模拟方法，包括以下的模拟及测试步骤：
步骤1：组装温度梯度下电缆径向损伤模拟器；
1.1该故障模拟装置包括屏蔽外壳(1)，屏蔽外壳(1)内的底部设置有左横向滑行轨道(21)和右横向滑行轨道(31)；还包括第一支撑组件(20)、第二支撑组件(22)、第三支撑组件(23)；
1.2该故障模拟装置还包括第一支撑组件(20)；第一支撑组件(20)包括架设在左横向滑行轨道(21)上的左支撑柱和架设在右横向滑行轨道(31)上的右支撑柱，左、右支撑柱分别连接纵向滑行杆(30)的左、右两端；纵向滑行杆(30)上，套装有一个或两个可纵向移动的高度调节器(10)，高度调节器(10)的顶部设置有u型夹具(13)；u型夹具(13)包括用于夹持电缆的纵向或横向的u型夹头，u型夹头上还设置有冷却组件(11)；所述第二支撑组件(22)和第三支撑组件(23)与第一支撑组件(20)结构相同。
1.3该故障模拟装置还包括直流电流源(14)和控制台(15)，所述控制台(15)用于控制所述直流电流源(14)和冷却组件(11)；
步骤2：故障模拟装置的温度梯度下电缆径向损伤劣化处理；
2.1准备全新的电缆，保持缆芯与外护套温差30℃～40℃，时间5～10小时的劣化处理，得到电缆未老化的状态；
2.2准备全新的电缆，保持缆芯与外护套温差70℃～80℃，时间15～20小时的劣化处理，得到电缆轻度老化的状态；
2.3准备全新的电缆，保持缆芯与外护套温差90℃～110℃，时间25～30小时的劣化处理，得到电缆中度老化的状态；
2.4准备全新的电缆，保持缆芯与外护套温差110℃～130℃，时间90～100小时的劣化处理，得到电缆重度老化的状态；
步骤3：温度梯度下电缆径向损伤的测试；
针对步骤2中处理得到的不同程度径向损伤的电缆，对该故障电缆进行测试，包括以下步骤：
3.1取未劣化的电缆为参考，利用电缆介质损耗检测仪，进行不同频率点的复介电常数测试，频率范围为10mhz～1000hz，选取不同频率共测试n个点，n取101，第i个测试点的频率记为fi，该点的复介电常数实部记作ε0,i'(ω)，虚部记作ε0,i”(ω)，i∈[1,n]，取被测电缆复介电常数虚部的频率响应曲线作为参考特征量，以参考电缆所有测试点复介电虚部值ε0,1”,ε0,2”,……,ε0,n”为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制成标准介质损耗频谱曲线ε0″(f)；
3.2取待测试的电缆，检测电缆弯折处缆芯与外护套间的温差δt，利用电缆介电频谱检测仪，进行不同频率点的复介电常数测试，频率范围为10mhz～1000hz，选取不同频率共测试n个点，n取101，第i个测试点的频率记为fi，该点的复介电常数实部记作εx,i'(ω)，虚部记作εx,i”(ω)，i∈[1,n]，取被测电缆复介电常数虚部的频率响应曲线作为参考特征量，以参考电缆所有测试点复介电常数虚部值εx,1”,εx,2”,……,εx,n”为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制成测试介质损耗频谱曲线εx″(f)；
3.3以参考电缆所有测试点复介电常数响应值f1,f2,……,fn为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，得到m0(f)；
以待测电缆所有测试点复介电常数响应值fx1,fx2,……,fxn为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，得到mx(f)；复介电常数响应值为各频率测试点下复介电常数虚部ε”(ω)和实部ε'(ω)的比值；
3.4在3.1、3.2中将10mhz～1000hz的频段范围划分为100个区段，对每个区段内的m0(f)和mx(f)进行积分差计算各个区段的曲线积分差δmi；对每个区段内的ε0″(f)和εx″(f)进行积分差计算各个区段的曲线积分差δεi″；
式中，i为整数，1≤i≤101，fi为步骤3.1和3.2中第i个测试点的频率；
3.5计算电缆温度梯度损耗系数λ；
式中，
进一步地，还包括以下步骤：
步骤1：判断电缆温度梯度损耗系数λ大小，若λ≤p(p＝2)则电缆径向弯折处没有温差损伤；若p＜λ，继续；
步骤2：计算温度梯度故障判别系数q；
式中，δt为测试过程中电缆缆芯与外护套的温度差；
步骤3：当1＜q≤1.5，则测评电缆轻度老化；当1.5＜q≤2，则测评电缆中度老化；当2＜q，则测评电缆重度老化。
本发明的有益效果在于：
1、本发明的模拟装置能够方便有效地实现电缆在温度梯度下不同径向损伤的故障模拟。
2、测评方法通过对电缆频率响应曲线的分析使用，对电缆径向损伤故障进行更准确地损伤程度判断。
附图说明
图1为本发明中温度梯度电缆径向损伤故障模拟装置的结构图；
图2为本发明中温度梯度电缆径向损伤故障模拟装置的俯视图；
图3为本发明中温度梯度下电缆径向损伤故障检测方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的说明。
实施案例如下：
图1所示为温度梯度下电缆径向损伤故障模拟装置，包括屏蔽外壳(1)、高度调节器1(2)、冷却组件1(3)、温度传感器1(4)、u型夹具3(5)、高度调节器2(6)、冷却组件2(7)、温度传感器2(8)、u型夹具2(9)、高度调节器3(10)、冷却组件3(11)、温度传感器3(12)、u型夹具1(13)、直流电流源(14)、控制台(15)、选择按钮(16)、显示屏(17)、启动按钮(18)、模式选择器(19)、第一支撑组件(20)、左横向滑行轨道(21)、右横向滑行轨道(31)、第二支撑组件(22)、第三支撑组件(23)、数据收集线(24)、待测电缆(25)、u型夹具4(26)、u型夹具5(27)、纵向滑行杆1(28)、纵向滑行杆2(29)、纵向滑行杆3(30)；所述高度调节器1(2)、高度调节器(6)、高度调节器3(10)通过液压方式实现。
电缆温度梯度下径向损伤模拟装置的使用方式为：通过控制台(15)各个调节按钮，可以控制高度调节器1(2)、高度调节器2(6)、高度调节器3(10)的高度，从而调节待测电缆(25)各个部位的高度；所述第一支撑组件(20)、第二支撑组件(22)、第三支撑组件(23)分别连接至纵向滑行杆1(28)、纵向滑行杆2(29)、纵向滑行杆3(30)，u型夹具1(5)、u型夹具2(9)、u型夹具3(13)可通过控制台(15)控制其在纵向滑行杆1(28)、纵向滑行杆2(29)、纵向滑行杆3(19)上滑行的位置；所述第一支撑组件(20)、第二支撑组件(22)、第三支撑组件(23)均连接至左横向滑行轨道(21)、右横向滑行轨道(31)上并可以在滑行杆上滑动；控制台(15)控制直流电流源(14)施加200～400a直流电流对待测电缆(25)的缆芯进行加热，通过电缆导体中的内置测温光纤对缆芯进行温度检测，并且对冷却组件1(3)、冷却组件2(7)、冷却组件3(11)的冷却效果进行控制，模拟电缆径向弯折处的温差情况；当需要模拟较为严重的电缆径向损伤时，选用u型夹具2(9)、u型夹具1(13)、u型夹具4(26)、u型夹具5(27)并调整其相对位置，使得弯折处曲率增大，同时增大电流源电流至约300～400a且降低冷却组件温度，增大电缆内外温差；当需要模拟电缆径向损伤较轻的情况时，选用u型夹具3(5)、u型夹具2(9)、u型夹具1(13)并调整其相对位置，使得弯折处曲率减小，各冷却组件的温度升高，电流源电流减小至200～300a，减小电缆内外温差；故障模拟装置可实现4个等级故障程度，依次表示为：故障0(无故障)、故障1(轻度老化)、故障2(中度老化)、故障3(重度老化)。
本发明还提出了一种测评方法，可以对温度梯度下电缆径向损伤模拟装置模拟得到的电缆进行测评，以下为一个具体实施例，具体包括以下步骤：
步骤1：取未劣化的电缆为参考，利用电缆介质损耗检测仪，进行不同频率点的复介电常数测试，频率范围为10mhz～1000hz，选取不同频率共测试n个点，n取101，第i个测试点的频率记为fi，该点的复介电常数实部记作ε0,i'(ω)，虚部记作ε0,i”(ω)，i∈[1,n]，取被测电缆复介电常数虚部的频率响应曲线作为参考特征量，以参考电缆所有测试点复介电虚部值ε0,1”,ε0,2”,……,ε0,n”为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制成标准介质损耗频谱曲线ε0″(f)；
步骤2：取待测试的电缆，检测电缆弯折处缆芯与外护套间的温差δt，利用电缆介电频谱检测仪，进行不同频率点的复介电常数测试，频率范围为10mhz～1000hz，选取不同频率共测试n个点，n取101，第i个测试点的频率记为fi，该点的复介电常数实部记作εx,i'(ω)，虚部记作εx,i”(ω)，i∈[1,n]，取被测电缆复介电常数虚部的频率响应曲线作为参考特征量，以参考电缆所有测试点复介电常数虚部值εx,1”,εx,2”,……,εx,n”为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，绘制成测试介质损耗频谱曲线εx″(f)；
步骤3：以参考电缆所有测试点复介电常数响应值f1,f2,……,fn为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，得到m0(f)；
以待测电缆所有测试点复介电常数响应值fx1,fx2,……,fxn为拟合数据点的纵坐标数值；以对应测试点的频率值f1,f2,……,fn为拟合数据的横坐标数值，利用分段线性插值法进行拟合，得到mx(f)；复介电常数响应值为各频率测试点下复介电常数虚部ε”(ω)和实部ε'(ω)的比值；
步骤4：将10mhz～1000hz的频段范围划分为100个区段，对每个区段内的m0(f)和mx(f)进行积分差计算各个区段的曲线积分差δmi；对每个区段内的ε0″(f)和εx″(f)进行积分差计算各个区段的曲线积分差δεi″；
式中，i为整数，1≤i≤101，fi为步骤3.1和3.2中第i个测试点的频率；
步骤5：计算电缆温度梯度损耗系数λ；
式中，
步骤6：判断电缆温度梯度损耗系数λ大小，若λ≤p(p＝2)则电缆径向弯折处没有温差损伤；若p＜λ，继续；
步骤7：计算温度梯度故障判别系数q；
式中，δt为测试过程中电缆缆芯与外护套的温度差；
步骤8：当1＜q≤1.5，则测评电缆轻度老化；当1.5＜q≤2，则测评电缆中度老化；当2＜q，则测评电缆重度老化。