一种高温硫化硅橡胶寿命预测方法、设备及介质

本技术涉及寿命预测，具体涉及一种高温硫化硅橡胶寿命预测方法、设备及介质。

背景技术：

1、复合绝缘子因其突出的防污闪性能，被广泛应用于不同电压等级的输电线路中，其在防止污染闪络的同时，还保持了较低的故障率。国内被广泛使用的复合绝缘子的绝缘子护套采用高温硫化硅橡胶(high temperature vulcanized silicone rubber,htv-sr)制成，由聚硅氧烷、补强填料和阻燃填料组成。随着复合绝缘子使用年限的增加，根据目前现场运行经验来看，护套硅橡胶材料老化是不可避免的，它是整个绝缘设备的薄弱环节，因此其老化特性是影响复合绝缘子使用寿命的关键因素。高温硫化硅橡胶材料的剩余寿命(remaining useful life，rul)预测在复合绝缘子运行可靠性方面具有重要的应用价值。

2、目前，高温硫化硅橡胶寿命预测主要展开了两方面研究：一是基于老化试验获得老化表征参数后，通过人工智能方法对复合绝缘子老化程度进行综合评估，从而探究老化程度和寿命进程的关系。二是开展人工加速老化寿命试验，并基于寿命模型实现复合绝缘子高温硫化硅橡胶剩余可靠寿命的预测，而arrhenius模型和arrhenius扩展模型广泛应用于高温硫化橡胶老化寿命预测的评估中。但是，上述预测方式均是从温度或电晕这种恒定应力下进行的加速寿命试验，并不适用于承受按一定周期和幅度变化应力的高温硫化硅橡胶材料，并且，其仅考虑到了单个老化因素对于高温硫化硅橡胶的影响，测试结果较为片面，不能够针对多个老化因素叠加作用的高温硫化硅橡胶进行寿命研究。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本技术提出了一种高温硫化硅橡胶寿命预测方法，包括：

2、在本技术的一种实现方式中，对高温硫化硅橡胶在多个老化因素作用下进行加速老化试验，根据所述加速老化试验、预设的温度循环模型和电晕老化模型，确定所述高温硫化硅橡胶对应的温度循环加速因子和电晕加速因子；其中，所述加速老化试验包括分别用于测试温度和场强作用下所述高温硫化硅橡胶的老化程度的温度加速老化试验和电晕加速老化试验；

3、确定所述温度和所述场强之间是否存在耦合性，若有，则确定所述温度和所述场强之间的耦合项；

4、根据所述温度循环加速因子、所述电晕加速因子和所述耦合项，构建用于预测所述高温硫化硅橡胶的寿命的多因素老化模型；

5、确定所述高温硫化硅橡胶当前对应的标准应力水平以及所述标准应力水平对应的加速应力水平，并基于所述加速应力水平，对所述高温硫化硅橡胶进行断裂伸长率测试，以得到所述加速应力水平下所述高温硫化硅橡胶的第一失效循环数；其中，所述加速应力水平下的场强和/或温度大于所述标准应力水平下的场强和/或温度；

6、根据所述多因素老化模型和所述第一失效循环数，确定所述标准应力水平下所述高温硫化硅橡胶对应的第二失效循环数，以对所述高温硫化硅橡胶在多个老化因素控制下的寿命进行预测。

7、在本技术的一种实现方式中，根据所述温度循环加速因子、所述电晕加速因子和所述耦合项，构建用于预测所述高温硫化硅橡胶的寿命的多因素老化模型，具体包括：

8、通过以下公式，构建多因素老化模型：

9、

10、其中，af(t,e)为温度循环条件和电晕条件联合作用下的加速因子，af(t)为温度循环条件作用下的温度循环加速因子，af(e)为电晕条件作用下的电晕加速因子，f(t,e)为耦合项，n为所述高温硫化硅橡胶在加速应力水平下的第一失效循环数，nμ为所述高温硫化硅橡胶在标准应力水平下的第二失效循环数。

11、在本技术的一种实现方式中，根据所述多因素老化模型和所述第一失效循环数，确定所述标准应力水平下所述高温硫化硅橡胶对应的第二失效循环数，以对所述高温硫化硅橡胶在多个老化因素控制下的寿命进行预测，具体包括：

12、确定所述加速应力水平下的多个加速老化试验组；

13、针对每个加速老化试验组，根据所述标准应力水平和所述加速应力水平，计算得到所述高温硫化硅橡胶的温度循环加速因子、电晕加速因子和耦合项对应的目标值；

14、将所述第一失效循环数和所述目标值代入所述多因素老化模型，得到所述标准应力水平下所述高温硫化硅橡胶对应的第二失效循环数；

15、通过预设的威布尔分布函数，对所述多个加速老化试验组分别对应的第二失效循环数进行评估，以得到所述高温硫化硅橡胶对应的特征寿命。

16、在本技术的一种实现方式中，确定所述温度和所述场强之间的耦合项，具体包括：

17、通过以下公式，确定所述温度和所述场强之间的耦合项：

18、f(t,e)＝[exp(lge·kt-lgeu·ktu)]γ

19、其中，f(t,e)表示耦合项，k表示自由基数量，可反映电晕老化强度，e和eμ分别表示所述高温硫化硅橡胶在加速应力水平下和标准应力水平下的场强，t和tμ分别表示所述高温硫化硅橡胶在加速应力水平下和标准应力水平下的温度。

20、在本技术的一种实现方式中，基于所述加速应力水平，对所述高温硫化硅橡胶进行断裂伸长率测试，以得到所述加速应力水平下所述高温硫化硅橡胶的第一失效循环数，具体包括：

21、基于所述加速应力水平，按照预设的循环周期，分别对所述多个加速老化试验组中的高温硫化硅橡胶进行断裂伸长率测试；

22、获取所述高温硫化硅橡胶的初始断裂伸长率，并在进行断裂伸长率测试的过程中，判断所述高温硫化硅橡胶的断裂伸长率是否到达所述初始断裂伸长率的一半；

23、若是，则确定所述循环周期的数量，并将所述数量作为所述加速应力水平下所述高温硫化硅橡胶的第一失效循环数。

24、在本技术的一种实现方式中，所述电晕加速老化试验基于多个场强不同且温度相同的试验组进行，确定所述温度和所述场强之间是否存在耦合性，具体包括：

25、基于所述电晕加速老化试验下的应力水平，对所述高温硫化硅橡胶进行介质损耗测试，以拟合生成多个试验组分别对应的介质损耗曲线；

26、确定所述多个试验组分别对应的介质损耗曲线的斜率，并判断所述多个试验组对应的斜率是否一致；

27、若不一致，则确定所述温度和所述场强之间存在耦合性。

28、在本技术的一种实现方式中，根据所述加速老化试验、预设的温度循环模型和电晕老化模型，确定所述高温硫化硅橡胶对应的温度循环加速因子和电晕加速因子，具体包括：

29、通过预设的温度循环模型，将所述高温硫化硅橡胶分别在标准应力水平下和加速应力水平下的失效循环数作比，得到对应的温度循环加速因子；

30、通过预设的电晕老化模型，确定所述高温硫化硅橡胶分别在标准应力水平下和加速应力水平下自由基含量的比值的平方，以得到对应的电晕加速因子。

31、在本技术的一种实现方式中，确定所述高温硫化硅橡胶分别在标准应力水平下和加速应力水平下自由基含量的比值的平方之前，所述方法还包括：

32、分别获取所述高温硫化硅橡胶在标准应力水平和加速应力水平下对应的第一红外光谱和第二红外光谱，根据所述第一红外光谱和所述第二红外光谱，确定所述高温硫化硅橡胶的主链和侧链中指定基团的反射峰峰值的减少值之和；

33、将所述减少值之和作为所述高温硫化硅橡胶的自由基含量。

34、本技术实施例提供了一种高温硫化硅橡胶寿命预测设备，其特征在于，所述设备包括：

35、至少一个处理器；以及，

36、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

37、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

38、对高温硫化硅橡胶在多个老化因素作用下进行加速老化试验，根据所述加速老化试验、预设的温度循环模型和电晕老化模型，确定所述高温硫化硅橡胶对应的温度循环加速因子和电晕加速因子；其中，所述加速老化试验包括分别用于测试温度和场强作用下所述高温硫化硅橡胶的老化程度的温度加速老化试验和电晕加速老化试验；

39、确定所述温度和所述场强之间是否存在耦合性，若有，则确定所述温度和所述场强之间的耦合项；

40、根据所述温度循环加速因子、所述电晕加速因子和所述耦合项，构建用于预测所述高温硫化硅橡胶的寿命的多因素老化模型；

41、确定所述高温硫化硅橡胶当前对应的标准应力水平以及所述标准应力水平对应的加速应力水平，并基于所述加速应力水平，对所述高温硫化硅橡胶进行断裂伸长率测试，以得到所述加速应力水平下所述高温硫化硅橡胶的第一失效循环数；其中，所述加速应力水平下的场强和/或温度大于所述标准应力水平下的场强和/或温度；

42、根据所述多因素老化模型和所述第一失效循环数，确定所述标准应力水平下所述高温硫化硅橡胶对应的第二失效循环数，以对所述高温硫化硅橡胶在多个老化因素控制下的寿命进行预测。

43、本技术实施例提供了一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令设置为：

44、对高温硫化硅橡胶在多个老化因素作用下进行加速老化试验，根据所述加速老化试验、预设的温度循环模型和电晕老化模型，确定所述高温硫化硅橡胶对应的温度循环加速因子和电晕加速因子；其中，所述加速老化试验包括分别用于测试温度和场强作用下所述高温硫化硅橡胶的老化程度的温度加速老化试验和电晕加速老化试验；

45、确定所述温度和所述场强之间是否存在耦合性，若有，则确定所述温度和所述场强之间的耦合项；

46、根据所述温度循环加速因子、所述电晕加速因子和所述耦合项，构建用于预测所述高温硫化硅橡胶的寿命的多因素老化模型；

47、确定所述高温硫化硅橡胶当前对应的标准应力水平以及所述标准应力水平对应的加速应力水平，并基于所述加速应力水平，对所述高温硫化硅橡胶进行断裂伸长率测试，以得到所述加速应力水平下所述高温硫化硅橡胶的第一失效循环数；其中，所述加速应力水平下的场强和/或温度大于所述标准应力水平下的场强和/或温度；

48、根据所述多因素老化模型和所述第一失效循环数，确定所述标准应力水平下所述高温硫化硅橡胶对应的第二失效循环数，以对所述高温硫化硅橡胶在多个老化因素控制下的寿命进行预测。

49、通过本技术提出的一种高温硫化硅橡胶寿命预测方法能够带来如下有益效果：

50、在温度循环条件下对高温硫化硅橡胶进行温度加速老化试验，适用于变化应力下的高温硫化硅橡胶材料的寿命预测，并且，通过对温度和场强进行耦合性分析，进而构建由温度和场强因素共同参与的多因素老化模型，考虑到了交变温度、电晕放电对于高温硫化硅橡胶寿命的叠加影响，提高了测试准确性。