一种环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统

摘要

本发明公开了一种环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统，由实验箱体和置于实验箱体内的电缆终端试样体构成。实验箱体由低温试验箱9和通过支架12立于低温试验箱内的实验加热箱17组成；电缆终端试样体21为经过处理的电缆终端，在其内部电缆缆芯31中心钻出直径稍小的空心圆柱，将电阻加热棒32穿过空心圆柱中心，放置于电缆缆芯31中，实现模拟电缆在负载条件下运行温度的功能。本发明环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统能够对环境温度进行快速的实时调节，提高了温度升高变化的速度和温度的均匀性，便于对于实际运行中车载电缆的绝缘特性进行研究。

说明书

技术领域

本发明属于负载情况下电缆绝缘状态检测领域，具体涉及一种环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统与方法。

背景技术

车载高压电缆是动车组列车上重要的传输电能的部件，但在列车的实际运行过程中，其绝缘状态易受到外界环境温度条件的影响，当列车长期工作在环境温度频繁变化的状态下时，其内部绝缘的性能会有所降低，造成车载电缆的绝缘事故。尤其是运行在我国西北地区的列车，由于该地的温差较大，冬季温度极低，因此列车经常出现终端爆炸的事故，严重影响着动车组列车的安全运行。对于运行中的电缆在外部环境温度频繁变化下的绝缘状态检测很有必要。

车载高压电缆由于其运行工况的特殊性，目前有关其绝缘状态检测的研究可使用人工气候室的方法进行，但气候室的建设周期比较长，不易移动和改造，并且人工气候室由于其体积大、能源消耗高等原因，不能实现在短时间内的高温与低温的交替变化，使得研究效果大打折扣。因此，为克服上述缺陷，真实模拟车载电缆在运行中的温度变化情况，需要一种简便且高效模拟车载电缆运行过程中环境温度频繁变化，并有效反映出电缆绝缘状态的系统与方法。

发明内容

为了能够有效反映出在运行过程中车载高压电缆绝缘状态变化，提高温度升高变化的速度和温度的均匀性，本发明的目的是提供一种环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统。

本发明的目的是通过如下的手段实现的：

一种环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统，用于实现负载电缆在外界温度频繁变化下的绝缘状态检测。由实验箱体和置于实验箱体内的电缆终端试样体构成；所述实验箱体由低温试验箱9和通过支架12立于低温试验箱内的实验加热箱17组成；实验加热箱17为杯状的夹壁结构，夹壁内设置有由2号直流电源7加热的电热丝19；在实验加热箱17用于盛装绝缘油22的杯体内设置有四只测量油温的油温传感器；温度调节系统1接受油温传感器的信号并控制工作模式控制器2控制实验加热箱内油温；

所述电缆终端试样体21为经过处理的电缆终端，在其内部电缆缆芯31中心钻出直径稍小的空心圆柱，将电阻加热棒32穿过空心圆柱中心，放置于电缆缆芯31中，并使用耐高温性能好的绝缘胶将电阻加热棒32固定在内壁上，并通过导线与1号直流电源6相连，使电阻加热棒32产热，实现模拟电缆在负载条件下运行温度的功能。

所述绝缘状态检测单元由高频电流互感器13、试验变压器14、高频信号处理系统15和绝缘状态诊断系统16组成；通过试验变压器14给电缆终端试样体21进行加压，高频电流互感器13耦合回路中的高频信号通过同轴电缆把高频信号传输给高频信号处理系统16进行放大和滤波处理，最后把数据传输给绝缘状态诊断系统17进行显示和诊断，判断此时电缆绝缘的优劣。

温度调节系统1、电源模块38和开关控制模块37来模拟电缆运行时电缆终端试样体21内部温度和频繁变化的外界温度，通过绝缘状态检测系统40对电缆终端试样体21的绝缘状态进行检测。

进一步地，所述低温试验箱9为工业冷箱或其它可获得冷流量的箱体。

温度控制模块主要由电缆终端试样体21内部的电阻加热棒32、内部传感器33、置于空心圆柱中的五号传感器34和六号传感器35，以及试验加热箱电热丝19、一号传感器23、二号传感器25、三号传感器26、四号传感器27、低温试验箱9组成，通过比较电缆缆芯31内壁温度与绝缘油22中温度传感器23、25、26、27，控制电阻加热棒32、电热丝19、低温试验箱9的工作状态，实现电缆终端试样体21温度的频繁变化，支架12、试验加热箱外壳18、实验加热箱17上盖均采用有机玻璃材料，防止电磁干扰，试验加热箱插座10固定在试验加热箱外壳18底部，实现电热丝19的供电；交流电源8通过导线与低温试验箱插座11相连来给低温试验箱9供电。

电源模块38包括1号直流电源6、2号直流电源7、交流电源8，分别控制电阻加热棒32、电热丝19、低温试验箱9的工作，并通过开关控制模块37中的1号开关3、2号开关4、3号开关5与工作模式控制器2相连，实现该实验系统整体温度的有效控制；

绝缘状态检测系统40主要是高频电流互感器13、试验变压器14、高频信号处理系统15和绝缘状态诊断系统16组成；其中在温度控制模块的作用下通过试验变压器14给电缆终端试样体21进行加压，通过高频电流互感器13耦合回路中的高频信号，通过同轴电缆把高频信号传输给高频信号处理系统15进行放大和滤波处理，针对空间干扰采用滤波处理，最后把数据传输给绝缘状态诊断系统16进行显示和诊断。

本发明环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统能够对环境温度进行快速的实时调节，提高了温度升高变化的速度和温度的均匀性，便于对于实际运行中车载电缆的绝缘特性进行研究。

附图说明

图1本发明实验装置系统外观结构及组成示意图。

图2本发明实验装置电缆终端详细尺寸结构图。

图3本发明实验装置系统中试验油杯的详细尺寸结构图。

图4本发明高频绝缘状态检测系统流程原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1所示为本发明实验装置外观结构及组成示意图。由图1可知所述的一种环境温度频繁变化下运行电缆绝缘状态检测系统由处理后的电缆终端试样体、温度控制模块、电源模块、开关控制模块和绝缘状态检测系统组成，包括：电缆终端试样体21经过处理，在电缆终端试样体21直径为20mm的电缆缆芯31中心，钻出直径为16mm的空心圆柱，将电阻加热棒32穿过空心圆柱中心，放置于电缆缆芯31中，并使用耐高温性能好的绝缘胶将电阻加热棒32固定在内壁上，并通过导线与1号直流电源6相连，使电阻加热棒32产热，实现铜缆芯内部升温的功能；温度控制模块主要由电缆终端试样体21内部的电阻加热棒32、内部传感器33、置于空心圆柱中的五号传感器34和六号传感器35，以及试验加热箱电热丝19、一号传感器23、二号传感器25、三号传感器26、四号传感器27、低温试验箱9组成，通过比较电缆缆芯31内壁温度与绝缘油22中温度传感器23、25、26、27，控制电阻加热棒32、电热丝19、低温试验箱9的工作状态，实现电缆终端试样体21温度的频繁变化，支架12、试验加热箱外壳18、实验加热箱17上盖均采用有机玻璃材料，防止电磁干扰，试验加热箱插座10固定在试验加热箱外壳18底部，实现电热丝19的供电；电源模块38包括1号直流电源6、2号直流电源7、交流电源8，分别控制电阻加热棒32、电热丝19、低温试验箱9的工作，并通过开关控制模块37中的1号开关3、2号开关4、3号开关5与工作模式控制器2相连，实现该实验系统整体温度的有效控制。

图2为发明实验装置电缆终端详细尺寸结构图，由图2可知电缆终端试样体21采用中间挖空方式，内圈为空心圆柱，主绝缘30外各层之间布置内部温度传感器33；电缆缆芯31直径为20mm，空心圆柱直径为12mm，绝缘层30外直径为40mm，热缩管40外直径为56mm，且之间存在2mm间隙，用于敷设无线传导型温度传感器33，伞裙24外直径为148mm，空心圆柱中的电阻加热棒32外直径为10mm，高度为480mm，中间铁磁棒直径为8mm；

图3为本发明实验装置系统中试验加热箱的详细尺寸结构图，由图3可知试验加热箱39外部高度为600mm，下部支架12垂直高度200mm，试验加热箱39为双层，油杯内层直径为300mm，外层直径为340mm，其中夹层20mm，电阻丝19宽度为10mm，绝缘导热材料20厚度为5mm，有机玻璃盖32厚度10mm，其中有机玻璃盖32上开口宽度为56mm；试验加热箱39内部注入绝缘油22，在绝缘油面与实验加热箱17上盖之间，预留出50mm的空隙，防止绝缘油22内部因温度变化产生的气体破坏试验设备；在试验加热箱39内部绝缘油22中的上部放置一号传感器23、二号传感器25，下部放置三号传感器26、四号传感器27，试验加热箱39底部预留插座10，用以连接直流电源7，温度调节系统1内含数模转换模块ADV7123，采用MCS-51型通用单片机处理，使用通信电缆对工作模式控制器2进行有效控制。

图4为高频绝缘状态检测系统流程原理图，主要由高频电流互感器13、试验变压器14、高频信号处理系统15和绝缘状态诊断系统16组成；其中在温度控制模块的作用下通过试验变压器14给电缆终端试样体21进行加压，通过高频电流互感器13耦合回路中的高频信号，通过同轴电缆把高频信号传输给高频信号处理系统16进行放大和滤波处理，针对空间干扰采用滤波处理，最后把数据传输给绝缘状态诊断系统17进行显示和诊断。通过绝缘状态诊断系统17的处理，可有效判断此时电缆绝缘的优劣，进一步研究环境温度频繁变化对运行中的电缆绝缘状态的影响作用进行研究。

还需要说明的是，附图1表达的方案中，部分导线的引出的表达采用了简化的表达，但这不应影响阅读者对实际连接方式的理解。显而易见，在其它实验设备具有相当精度的条件下，本发明方案实施中用于传递信号的导线可采用光纤替代。