本發(fā)明屬于負(fù)載情況下電纜絕緣狀態(tài)檢測領(lǐng)域，具體涉及一種環(huán)境溫度頻繁變化下運行電纜絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

車載高壓電纜是動車組列車上重要的傳輸電能的部件，但在列車的實際運行過程中，其絕緣狀態(tài)易受到外界環(huán)境溫度條件的影響，當(dāng)列車長期工作在環(huán)境溫度頻繁變化的狀態(tài)下時，其內(nèi)部絕緣的性能會有所降低，造成車載電纜的絕緣事故。尤其是運行在我國西北地區(qū)的列車，由于該地的溫差較大，冬季溫度極低，因此列車經(jīng)常出現(xiàn)終端爆炸的事故，嚴(yán)重影響著動車組列車的安全運行。對于運行中的電纜在外部環(huán)境溫度頻繁變化下的絕緣狀態(tài)檢測很有必要。

車載高壓電纜由于其運行工況的特殊性，目前有關(guān)其絕緣狀態(tài)檢測的研究可使用人工氣候室的方法進(jìn)行，但氣候室的建設(shè)周期比較長，不易移動和改造，并且人工氣候室由于其體積大、能源消耗高等原因，不能實現(xiàn)在短時間內(nèi)的高溫與低溫的交替變化，使得研究效果大打折扣。因此，為克服上述缺陷，真實模擬車載電纜在運行中的溫度變化情況，需要一種簡便且高效模擬車載電纜運行過程中環(huán)境溫度頻繁變化，并有效反映出電纜絕緣狀態(tài)的系統(tǒng)與方法。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了能夠有效反映出在運行過程中車載高壓電纜絕緣狀態(tài)變化，提高溫度升高變化的速度和溫度的均勻性，本發(fā)明的目的是提供一種環(huán)境溫度頻繁變化下運行電纜絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的是通過如下的手段實現(xiàn)的：

一種環(huán)境溫度頻繁變化下運行電纜絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)，用于實現(xiàn)負(fù)載電纜在外界溫度頻繁變化下的絕緣狀態(tài)檢測。由實驗箱體和置于實驗箱體內(nèi)的電纜終端試樣體構(gòu)成；所述實驗箱體由低溫試驗箱9和通過支架12立于低溫試驗箱內(nèi)的實驗加熱箱17組成；實驗加熱箱17為杯狀的夾壁結(jié)構(gòu)，夾壁內(nèi)設(shè)置有由2號直流電源7加熱的電熱絲19；在實驗加熱箱17用于盛裝絕緣油22的杯體內(nèi)設(shè)置有四只測量油溫的油溫傳感器；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)1接受油溫傳感器的信號并控制工作模式控制器2控制實驗加熱箱內(nèi)油溫；

所述電纜終端試樣體21為經(jīng)過處理的電纜終端，在其內(nèi)部電纜纜芯31中心鉆出直徑稍小的空心圓柱，將電阻加熱棒32穿過空心圓柱中心，放置于電纜纜芯31中，并使用耐高溫性能好的絕緣膠將電阻加熱棒32固定在內(nèi)壁上，并通過導(dǎo)線與1號直流電源6相連，使電阻加熱棒32產(chǎn)熱，實現(xiàn)模擬電纜在負(fù)載條件下運行溫度的功能。

所述絕緣狀態(tài)檢測單元由高頻電流互感器13、試驗變壓器14、高頻信號處理系統(tǒng)15和絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)16組成；通過試驗變壓器14給電纜終端試樣體21進(jìn)行加壓，高頻電流互感器13耦合回路中的高頻信號通過同軸電纜把高頻信號傳輸給高頻信號處理系統(tǒng)16進(jìn)行放大和濾波處理，最后把數(shù)據(jù)傳輸給絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)17進(jìn)行顯示和診斷，判斷此時電纜絕緣的優(yōu)劣。

溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)1、電源模塊38和開關(guān)控制模塊37來模擬電纜運行時電纜終端試樣體21內(nèi)部溫度和頻繁變化的外界溫度，通過絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)40對電纜終端試樣體21的絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測。

進(jìn)一步地，所述低溫試驗箱9為工業(yè)冷箱或其它可獲得冷流量的箱體。

溫度控制模塊主要由電纜終端試樣體21內(nèi)部的電阻加熱棒32、內(nèi)部傳感器33、置于空心圓柱中的五號傳感器34和六號傳感器35，以及試驗加熱箱電熱絲19、一號傳感器23、二號傳感器25、三號傳感器26、四號傳感器27、低溫試驗箱9組成，通過比較電纜纜芯31內(nèi)壁溫度與絕緣油22中溫度傳感器23、25、26、27，控制電阻加熱棒32、電熱絲19、低溫試驗箱9的工作狀態(tài)，實現(xiàn)電纜終端試樣體21溫度的頻繁變化，支架12、試驗加熱箱外殼18、實驗加熱箱17上蓋均采用有機(jī)玻璃材料，防止電磁干擾，試驗加熱箱插座10固定在試驗加熱箱外殼18底部，實現(xiàn)電熱絲19的供電；交流電源8通過導(dǎo)線與低溫試驗箱插座11相連來給低溫試驗箱9供電。

電源模塊38包括1號直流電源6、2號直流電源7、交流電源8，分別控制電阻加熱棒32、電熱絲19、低溫試驗箱9的工作，并通過開關(guān)控制模塊37中的1號開關(guān)3、2號開關(guān)4、3號開關(guān)5與工作模式控制器2相連，實現(xiàn)該實驗系統(tǒng)整體溫度的有效控制；

絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)40主要是高頻電流互感器13、試驗變壓器14、高頻信號處理系統(tǒng)15和絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)16組成；其中在溫度控制模塊的作用下通過試驗變壓器14給電纜終端試樣體21進(jìn)行加壓，通過高頻電流互感器13耦合回路中的高頻信號，通過同軸電纜把高頻信號傳輸給高頻信號處理系統(tǒng)15進(jìn)行放大和濾波處理，針對空間干擾采用濾波處理，最后把數(shù)據(jù)傳輸給絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)16進(jìn)行顯示和診斷。

本發(fā)明環(huán)境溫度頻繁變化下運行電纜絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)能夠?qū)Νh(huán)境溫度進(jìn)行快速的實時調(diào)節(jié)，提高了溫度升高變化的速度和溫度的均勻性，便于對于實際運行中車載電纜的絕緣特性進(jìn)行研究。

附圖說明

圖1本發(fā)明實驗裝置系統(tǒng)外觀結(jié)構(gòu)及組成示意圖。

圖2本發(fā)明實驗裝置電纜終端詳細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)圖。

圖3本發(fā)明實驗裝置系統(tǒng)中試驗油杯的詳細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)圖。

圖4本發(fā)明高頻絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)流程原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1所示為本發(fā)明實驗裝置外觀結(jié)構(gòu)及組成示意圖。由圖1可知所述的一種環(huán)境溫度頻繁變化下運行電纜絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)由處理后的電纜終端試樣體、溫度控制模塊、電源模塊、開關(guān)控制模塊和絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)組成，包括：電纜終端試樣體21經(jīng)過處理，在電纜終端試樣體21直徑為20mm的電纜纜芯31中心，鉆出直徑為16mm的空心圓柱，將電阻加熱棒32穿過空心圓柱中心，放置于電纜纜芯31中，并使用耐高溫性能好的絕緣膠將電阻加熱棒32固定在內(nèi)壁上，并通過導(dǎo)線與1號直流電源6相連，使電阻加熱棒32產(chǎn)熱，實現(xiàn)銅纜芯內(nèi)部升溫的功能；溫度控制模塊主要由電纜終端試樣體21內(nèi)部的電阻加熱棒32、內(nèi)部傳感器33、置于空心圓柱中的五號傳感器34和六號傳感器35，以及試驗加熱箱電熱絲19、一號傳感器23、二號傳感器25、三號傳感器26、四號傳感器27、低溫試驗箱9組成，通過比較電纜纜芯31內(nèi)壁溫度與絕緣油22中溫度傳感器23、25、26、27，控制電阻加熱棒32、電熱絲19、低溫試驗箱9的工作狀態(tài)，實現(xiàn)電纜終端試樣體21溫度的頻繁變化，支架12、試驗加熱箱外殼18、實驗加熱箱17上蓋均采用有機(jī)玻璃材料，防止電磁干擾，試驗加熱箱插座10固定在試驗加熱箱外殼18底部，實現(xiàn)電熱絲19的供電；電源模塊38包括1號直流電源6、2號直流電源7、交流電源8，分別控制電阻加熱棒32、電熱絲19、低溫試驗箱9的工作，并通過開關(guān)控制模塊37中的1號開關(guān)3、2號開關(guān)4、3號開關(guān)5與工作模式控制器2相連，實現(xiàn)該實驗系統(tǒng)整體溫度的有效控制。

圖2為發(fā)明實驗裝置電纜終端詳細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)圖，由圖2可知電纜終端試樣體21采用中間挖空方式，內(nèi)圈為空心圓柱，主絕緣30外各層之間布置內(nèi)部溫度傳感器33；電纜纜芯31直徑為20mm，空心圓柱直徑為12mm，絕緣層30外直徑為40mm，熱縮管40外直徑為56mm，且之間存在2mm間隙，用于敷設(shè)無線傳導(dǎo)型溫度傳感器33，傘裙24外直徑為148mm，空心圓柱中的電阻加熱棒32外直徑為10mm，高度為480mm，中間鐵磁棒直徑為8mm；

圖3為本發(fā)明實驗裝置系統(tǒng)中試驗加熱箱的詳細(xì)尺寸結(jié)構(gòu)圖，由圖3可知試驗加熱箱39外部高度為600mm，下部支架12垂直高度200mm，試驗加熱箱39為雙層，油杯內(nèi)層直徑為300mm，外層直徑為340mm，其中夾層20mm，電阻絲19寬度為10mm，絕緣導(dǎo)熱材料20厚度為5mm，有機(jī)玻璃蓋32厚度10mm，其中有機(jī)玻璃蓋32上開口寬度為56mm；試驗加熱箱39內(nèi)部注入絕緣油22，在絕緣油面與實驗加熱箱17上蓋之間，預(yù)留出50mm的空隙，防止絕緣油22內(nèi)部因溫度變化產(chǎn)生的氣體破壞試驗設(shè)備；在試驗加熱箱39內(nèi)部絕緣油22中的上部放置一號傳感器23、二號傳感器25，下部放置三號傳感器26、四號傳感器27，試驗加熱箱39底部預(yù)留插座10，用以連接直流電源7，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)1內(nèi)含數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊adv7123，采用mcs-51型通用單片機(jī)處理，使用通信電纜對工作模式控制器2進(jìn)行有效控制。

圖4為高頻絕緣狀態(tài)檢測系統(tǒng)流程原理圖，主要由高頻電流互感器13、試驗變壓器14、高頻信號處理系統(tǒng)15和絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)16組成；其中在溫度控制模塊的作用下通過試驗變壓器14給電纜終端試樣體21進(jìn)行加壓，通過高頻電流互感器13耦合回路中的高頻信號，通過同軸電纜把高頻信號傳輸給高頻信號處理系統(tǒng)16進(jìn)行放大和濾波處理，針對空間干擾采用濾波處理，最后把數(shù)據(jù)傳輸給絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)17進(jìn)行顯示和診斷。通過絕緣狀態(tài)診斷系統(tǒng)17的處理，可有效判斷此時電纜絕緣的優(yōu)劣，進(jìn)一步研究環(huán)境溫度頻繁變化對運行中的電纜絕緣狀態(tài)的影響作用進(jìn)行研究。

還需要說明的是，附圖1表達(dá)的方案中，部分導(dǎo)線的引出的表達(dá)采用了簡化的表達(dá)，但這不應(yīng)影響閱讀者對實際連接方式的理解。顯而易見，在其它實驗設(shè)備具有相當(dāng)精度的條件下，本發(fā)明方案實施中用于傳遞信號的導(dǎo)線可采用光纖替代。