CN110161379B - 一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统，包括测试箱体、电缆、制损装置、控制台、电流发生器和控制器。控制台控制制损装置对主绝缘层施加损伤，并使绝缘受损的电缆滑动到下部测试箱体，控制小型电机控制器使两扇隔离门处于水平状态，控制制冷片为隔离的下部测试箱体提供低温环境。在下部测试箱体处于低温环境时，通过电流发生器将高压电流通入缆芯控制器获取温度传感器采集的低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。本申请系统实现了对低温环境下电缆的绝缘性受损程度的模拟测试，对电网的正常、稳定运行具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本申请涉及配电网技术领域，尤其涉及一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统。
背景技术
随着电力技术水平的不断发展，电网建设速度逐步加快。低温环境下，输电线路的缺陷威胁着电力及通信网络安全运行。例如，尖刺缺陷是电缆常见的绝缘缺陷之一，该缺陷的存在成为电缆运行的一个重要安全隐患。
目前，国内外电缆故障测试技术已发展到较高水平。就国内外各种分体式的测试设备来讲，虽然可以满足电力、电缆故障测试行业的技术需求，但是，由于电缆安装的特殊性，因此无法对其绝缘受损程度进行质量检测和缺陷诊断。
由于电缆可靠性和安全性对电网的运行具有非常重要的意义，因此如何对低温环境下电缆的绝缘性受损程度进行测试，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本申请提供了一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统，以对低温环境下电缆的绝缘性受损程度进行模拟测试，为低温环境电缆的绝缘性受损程度的测试技术发展奠定基础。
本实施提供了一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统，包括：
测试箱体，所述测试箱体内部包括相对设置的两扇隔离门，每扇隔离门的一侧边缘通过小型电机控制器固定在所述测试箱体壁上，当两扇隔离门在所述小型电机控制器的控制作用下处于水平状态时，将所述测试箱体内的空间分隔为上下两部；测试箱体两侧设有垂直滑轨，上部测试箱体设有水平滑轨，两侧的垂直滑轨上端分别与水平滑轨的两端相连；下部测试箱体的至少两个表面设有制冷片，以在隔离门隔离上部测试箱体的情况下，为下部测试箱体提供低温环境；
电缆，所述电缆位于测试箱体内部，包括缆芯和包覆所述缆芯的主绝缘层；所述缆芯的两端设有缆芯旋转装置，所述缆芯旋转装置与滑动于所述垂直滑轨的垂直滑块连接，以使电缆沿垂直滑轨在测试箱体内部上下移动；所述主绝缘层外表面设有温度传感器，用于在模拟测试过程中采集低温环境下主绝缘层表面温度随时间的变化数据；
制损装置，所述制损装置包括一滑动于水平滑轨的水平滑块；所述水平滑块上设有针尖控制嘴和铜针，用于当所述电缆滑动到受损位置时，所述铜针与主绝缘层(8)接触，在针尖控制嘴的控制下刺入主绝缘层，并通过铜针在水平方向的滑动制损；
控制台，所述控制台包括若干按钮，所述按钮用于在模拟测试过程中，控制水平滑块在水平滑轨上的滑动、控制垂直滑块)在垂直滑轨上的滑动以及控制所述针尖控制嘴以控制铜针对所述主绝缘层的刺入深度，以使制损装置在电缆施加损伤，并使绝缘受损的电缆滑动到下部测试箱体；控制所述小型电机控制器以使两扇隔离门处于水平状态；控制制冷片为隔离的下部测试箱体提供低温环境；
电流发生器，所述电流发生器设有正极性端口和负极性端口；所述正极性端口和负极性端口分别通过高压接触极与所述缆芯的两端连接，以在下部测试箱体处于低温环境时，将高压电流通入缆芯；
控制器，所述控制器与所述温度传感器通信连接，用于在模拟测试过程中，获取低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。
进一步的，所述低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据为主绝缘层表面温度T对连续时间段[0,NL]上的时间点t的连续函数；所述控制器通过下述步骤计算获得安全测试系数：
将主绝缘层表面温度T对连续时间段[0,NL]上的时间点t的连续函数分段，得到N个函数T＝fi(t)，t∈[(i-1)L,iL]；
将每个时间区间n等划分，并对fi(t)进行傅里叶级数展开，得到：
其中，
根据每个函数T＝fi(t)的傅里叶级数展开结果，获得数组[X1,X2,X3,…,XN]和[Y1,Y2,Y3,…,YN],其中，Xi＝ain-ai0,Yi＝bin-bi0；
按照下式，计算获得安全测试系数p：
其中，
是数组[X1,X2,X3,…,XN]的平均值，
是数组[Y1,Y2,Y3,…,YN]的平均值。
进一步的，所述控制器根据安全测试系数与电缆绝缘受损程度级别预设的安全系数取值范围，确定电缆的绝缘受损程度。
进一步的，所述正极性端口和负极性端口分别引出一高压电缆线，所述高压接触极设置在所述高压电缆线的自由端。
进一步的，所述下部测试箱体与两侧的垂直滑轨的下端相连的位置处设有固定孔，用于在模拟测试过程中，使电缆固定在下部测试箱体的温度变化测试位置。
由以上技术方案可知，本申请提供一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统，包括测试箱体、电缆、制损装置、控制台、电流发生器和控制器，在模拟测试过程中，控制台通过控制水平滑块在水平滑轨上的滑动、控制垂直滑块在垂直滑轨上的滑动以及控制针尖控制嘴以控制铜针对所述主绝缘层的刺入深度，使制损装置在电缆施加损伤，并使绝缘受损的电缆滑动到下部测试箱体，控制小型电机控制器使两扇隔离门处于水平状态，控制制冷片为隔离的下部测试箱体提供低温环境；在下部测试箱体处于低温环境时，通过电流发生器将高压电流通入缆芯；通过控制器获取温度传感器采集的低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。本申请系统实现了对低温环境下电缆的绝缘性受损程度的模拟测试，为低温环境电缆的绝缘性受损程度的测试技术发展奠定基础，对电网的正常、稳定运行具有非常重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统的一个实施例示意图；
图2为本申请低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试方法流程图。
具体实施方式
图1为本申请低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统的一个实施例示意图。如图1所示，该系统可以包括测试箱体1、电缆、制损装置、控制台15、电流发生器17和控制器21。其中：
测试箱体1，所述测试箱体1内部包括相对设置的两扇隔离门2，每扇隔离门2的一侧边缘通过小型电机控制器3固定在所述测试箱体壁上，当两扇隔离门2在所述小型电机控制器3的控制作用下处于水平状态时，将所述测试箱体1内的空间分隔为上下两部；测试箱体1两侧设有垂直滑轨4，上部测试箱体设有水平滑轨5，两侧的垂直滑轨4上端分别与水平滑轨5的两端相连；下部测试箱体的至少两个表面设有制冷片6，以在隔离门2隔离上部测试箱体的情况下，为下部测试箱体提供低温环境。
需要说明的是，制冷片6可以设置在下部测试箱体的内部或外部，为了提高制冷效率，本实施例将制冷片6设置在箱体内部。
另外，在下部测试箱体与两侧的垂直滑轨4的下端相连的位置处设有固定孔23，用于在模拟测试过程中，使电缆固定在下部测试箱体的温度变化测试位置。当然，也可以在垂直滑轨4轨道的特定位置处设置限制块，以使电缆可以固定在下部测试箱体的温度变化测试位置。
电缆，所述电缆位于测试箱体内部，包括缆芯7和包覆所述缆芯7的主绝缘层8；所述缆芯7的两端设有缆芯旋转装置9，所述缆芯旋转装置9与滑动于所述垂直滑轨4的垂直滑块10连接，以使电缆沿垂直滑轨4在测试箱体内部上下移动；所述主绝缘层8外表面设有温度传感器11，用于在模拟测试过程中采集低温环境下主绝缘层8表面温度随时间的变化数据。
需要说明的是，图1示出的低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统中，包括两根电缆，分别代表模拟测试过程中，电缆所处的两个位置，其一是在上部测试箱体中的受损位置，其二是在下部测试箱体中的温度变化测试位置。
制损装置，所述制损装置包括一滑动于水平滑轨5的水平滑块12；所述水平滑块12上设有针尖控制嘴13和铜针14，用于当所述电缆滑动到受损位置时，所述铜针14与主绝缘层8接触，在针尖控制嘴13的控制下刺入主绝缘层8，并通过铜针14在水平方向的滑动制损。
控制台15，所述控制台15包括若干按钮16，所述按钮用于在模拟测试过程中，控制水平滑块12在水平滑轨5上的滑动、控制垂直滑块10在垂直滑轨4上的滑动以及控制所述针尖控制嘴13以控制铜针14对所述主绝缘层8的刺入深度，以使制损装置在电缆施加损伤，并使绝缘受损的电缆滑动到下部测试箱体；控制所述小型电机控制器3以使两扇隔离门2处于水平状态；控制制冷片6为隔离的下部测试箱体提供低温环境。
例如，在控制台15上分别设置垂直滑轨控制按钮、水平滑轨控制按钮、隔离门控制按钮、温度控制按钮等。使垂直滑轨控制按钮与驱动垂直滑块的驱动装置相连接，通过在控制台按压垂直滑轨控制按钮，来控制电缆在试验箱体内部的上下移动；使水平滑轨控制按钮与驱动水平滑块的驱动装置相连接，通过在控制台按压水平滑轨控制按钮，来控制制损装置的水平移动；使温度控制按钮与制冷片连接，以控制制冷温度；使隔离门控制按钮与小型电机控制器连接，以控制隔离门的水平角度。
当然，在另外的一些实施例中，也可以采用红外遥控的方式对上述装置进行控制。
电流发生器17，所述电流发生器17设有正极性端口18和负极性端口19；所述正极性端口18和负极性端口19分别通过高压接触极20与所述缆芯7的两端连接，以在下部测试箱体处于低温环境时，将高压电流通入缆芯7。
具体的，在正极性端口18和负极性端口19分别引出一高压电缆线22，高压接触极20设置在高压电缆线22的自由端。
此外，在电流发生器上可以设置输入的电流值，以满足不同的测试场景所需。
控制器21，所述控制器21与所述温度传感器11通信连接，例如采用图1所示的数据传输线24将二者相连接，以用于在模拟测试过程中，获取低温环境主绝缘层8表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。
图2示出了使用上述结构的低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统对电缆绝缘受损程度进行模拟测试的方法流程，如图2所示，使用方法可以包括：
步骤110，控制台控制制损装置在电缆的主绝缘层上施加损伤。
具体的，通过控制台使电缆移动到受损位置，即能使铜针与主绝缘层发生接触的位置。再控制针尖控制嘴使铜针向下刺入主绝缘层，然后控制水平滑块移动，从而带动铜针移动，进而在主绝缘层上形成损伤。其中，根据铜针刺入深度，移动方向和移动距离的不同，可在主绝缘层上形成不同程度和形态的损伤。
步骤120，控制台控制电缆移动到温度变化测试位置。
温度变化测试位置即下部试验箱体中的某一电缆可停留位置。本申请中，在上部试验箱体中给电缆施加绝缘损伤，在下部试验箱体中将受损电缆通以高压电流进行测试，测试过程中，下部试验箱体与上部试验箱体通过隔离门隔离，保证试验过程的安全性，以及保温。
步骤130，控制台控制制冷片制冷，以为模拟测试过程提供低温环境。
其中，可以通过在控制台设置具体的制冷温度，例如-8℃～0℃。可以预先设计一个温控程序，制冷片开始工作时，将按照设定的温控程序进行制冷，例如，在前一段时间内匀速制冷，当下部试验箱体达到试验所需的环境温度后，开始保温。
步骤140，启动电流发生器，以将受损电缆通以高压电流。
在步骤140中，可在电流发生器中设置具体的电流值。
步骤150，温度传感器采集低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据，并将采集的数据传输给控制器。
步骤160，控制器接收低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。
其中，低温环境主绝缘层8表面温度随时间的变化数据为主绝缘层8表面温度T对连续时间段[0,NL]上的时间点t的连续函数。
控制器可以通过下述步骤计算获得安全测试系数：
步骤161，将主绝缘层表面温度T对连续时间段[0,NL]上的时间点t的连续函数分段，得到N个函数T＝fi(t)，t∈[(i-1)L,iL]，其中i表示分得的每段连续函数按时间的排序序号。为了保证模拟测试的有效性，本实施例中，每个时间段的长度控制在5min～10min，即L∈[5min，10min]。
步骤162，将每个时间区间n等划分，并对fi(t)进行傅里叶级数展开，得到：
其中，
步骤163，根据每个函数T＝fi(t)的傅里叶级数展开结果，获得数组[X1,X2,X3,…,XN]和[Y1,Y2,Y3,…,YN],，其中，Xi＝ain-ai0,Yi＝bin-bi0。
步骤164，按照下式，计算获得安全测试系数p：
其中，
是数组[X1,X2,X3,…,XN]的平均值，
是数组[Y1,Y2,Y3,…,YN]的平均值。
本实施例中，控制器21根据安全测试系数与电缆绝缘受损程度级别预设的安全系数取值范围，确定电缆的绝缘受损程度。
例如，当m2＜p＜m1时，说明此电缆运行可靠；
当m3＜p＜m2时，说明此电缆运行轻度受损；
当m4＜p＜m3时，说明此电缆中度受损；
当m4＜p时，说明此电缆重度受损。
其中，根据经验，m1可以取1，m2可以取0.9，m3可以取0.7，m4可以取0.5。
由以上技术方案可知，本申请提供一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统，包括测试箱体、电缆、制损装置、控制台、电流发生器和控制器，在模拟测试过程中，控制台通过控制水平滑块在水平滑轨上的滑动、控制垂直滑块在垂直滑轨上的滑动以及控制针尖控制嘴以控制铜针对所述主绝缘层的刺入深度，使制损装置在电缆施加损伤，并使绝缘受损的电缆滑动到下部测试箱体，控制小型电机控制器使两扇隔离门处于水平状态，控制制冷片为隔离的下部测试箱体提供低温环境；在下部测试箱体处于低温环境时，通过电流发生器将高压电流通入缆芯；通过控制器获取温度传感器采集的低温环境主绝缘层表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。本申请系统实现了对低温环境下电缆的绝缘性受损程度的模拟测试，为低温环境电缆的绝缘性受损程度的测试技术发展奠定基础，对电网的正常、稳定运行具有非常重要的意义。
具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的使用方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。
Claims (5)
1.一种低温环境电缆绝缘受损程度模拟测试系统，其特征在于，包括：
测试箱体(1)，所述测试箱体(1)内部包括相对设置的两扇隔离门(2)，每扇隔离门(2)的一侧边缘通过小型电机控制器(3)固定在所述测试箱体壁上，当两扇隔离门(2)在所述小型电机控制器(3)的控制作用下处于水平状态时，将所述测试箱体(1)内的空间分隔为上下两部；测试箱体(1)两侧设有垂直滑轨(4)，上部测试箱体设有水平滑轨(5)，两侧的垂直滑轨(4)上端分别与水平滑轨(5)的两端相连；下部测试箱体的至少两个表面设有制冷片(6)，以在隔离门(2)隔离上部测试箱体的情况下，为下部测试箱体提供低温环境；
电缆，所述电缆位于测试箱体内部，包括缆芯(7)和包覆所述缆芯(7)的主绝缘层(8)；所述缆芯(7)的两端设有缆芯旋转装置(9)，所述缆芯旋转装置(9)与滑动于所述垂直滑轨(4)的垂直滑块(10)连接，以使电缆沿垂直滑轨(4)在测试箱体内部上下移动；所述主绝缘层(8)外表面设有温度传感器(11)，用于在模拟测试过程中采集低温环境下主绝缘层(8)表面温度随时间的变化数据；
制损装置，所述制损装置包括一滑动于水平滑轨(5)的水平滑块(12)；所述水平滑块(12)上设有针尖控制嘴(13)和铜针(14)，用于当所述电缆滑动到受损位置时，所述铜针(14)与主绝缘层(8)接触，在针尖控制嘴(13)的控制下刺入主绝缘层(8)，并通过铜针(14)在主绝缘层(8)水平方向上的滑动在主绝缘层(8)上制成损伤；
控制台(15)，所述控制台(15)包括若干按钮(16)，所述按钮用于在模拟测试过程中，控制水平滑块(12)在水平滑轨(5)上的滑动、控制垂直滑块(10)在垂直滑轨(4)上的滑动以及控制所述针尖控制嘴(13)以控制铜针(14)对所述主绝缘层(8)的刺入深度，以使制损装置在电缆施加损伤，并使绝缘受损的电缆滑动到下部测试箱体；控制所述小型电机控制器(3)以使两扇隔离门(2)处于水平状态；控制制冷片(6)为隔离的下部测试箱体提供低温环境；
电流发生器(17)，所述电流发生器(17)设有正极性端口(18)和负极性端口(19)；所述正极性端口(18)和负极性端口(19)分别通过高压接触极(20)与所述缆芯(7)的两端连接，以在下部测试箱体处于低温环境时，将高压电流通入缆芯(7)；
控制器(21)，所述控制器(21)与所述温度传感器(11)通信连接，用于在模拟测试过程中，获取低温环境主绝缘层(8)表面温度随时间的变化数据，计算获得安全测试系数，以利用安全测试系数对电缆绝缘受损程度进行测试。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述低温环境主绝缘层(8)表面温度随时间的变化数据为主绝缘层(8)表面温度T对连续时间段[0,NL]上的时间点t的连续函数；所述控制器通过下述步骤计算获得安全测试系数：
将主绝缘层表面温度T对连续时间段[0,NL]上的时间点t的连续函数分段，得到N个函数T＝fi(t)，t∈[(i-1)L,iL]；
将每个时间区间n等划分，并对fi(t)进行傅里叶级数展开，得到：
其中，
根据每个函数T＝fi(t)的傅里叶级数展开结果，获得数组[X1,X2,X3,…,XN]和[Y1,Y2,Y3,…,YN],其中，Xi＝ain-ai0,Yi＝bin-bi0；
按照下式，计算获得安全测试系数p：
其中，
是数组[X1,X2,X3,…,XN]的平均值，
是数组[Y1,Y2,Y3,…,YN]的平均值。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制器(21)根据安全测试系数与电缆绝缘受损程度级别预设的安全系数取值范围，确定电缆的绝缘受损程度。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述正极性端口(18)和负极性端口(19)分别引出一高压电缆线(22)，所述高压接触极(20)设置在所述高压电缆线(22)的自由端。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述下部测试箱体与两侧的垂直滑轨(4)的下端相连的位置处设有固定孔(23)，用于在模拟测试过程中，使电缆固定在下部测试箱体的温度变化测试位置。
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