低温下应力管界面对车载电缆终端局部放电的影响

针对高寒地区车载电缆终端故障问题,开展了低温下应力管界面对车载电缆终端局部放电(PD)的影响研究。分别取样2种典型的热缩应力管及其电缆,建立了能模拟最低温度-50℃的高压局部放电试验系统,对比分析了不同型号电缆终端在低温下的局部放电特征量以及局部放电相位(PRPD)谱图的分布规律,结合试验数据分析了低温下不同应力管与绝缘材料的界面特性对局部放电产生影响的机理。研究结果表明:低温下放电起始电压与熄灭电压均随着温度的降低而降低,在低温(-40℃)下,应力管加入树脂基复合材料能显著提高电缆终端局部放电的起始电压与熄灭电压,同时能降低电缆终端的局部放电量,局部放电的相位区间也会大幅减小。低温下应力管加入树脂基复合材料填充了应力管/绝缘材料界面空间,改善了界面电场分布,有效抑制了柔性电缆终端的局部放电。

融合注意力机制与多尺度网络的EPR电缆终端故障诊断方法

高铁列车关键部件的智能化诊断是当前电气化铁路智能检测与控制的关键一环,如何通过深度学习方法更精确、灵敏地诊断出高铁列车关键部件的故障已成为当前研究的热点。该文在卷积神经网络架构的基础上,提出了融合注意力机制与多尺度网络的故障诊断方法,选择4种乙丙橡胶(ethylene propylene rubber,EPR)电缆终端典型缺陷模型作为研究对象,通过所提出的融合注意力机制与多尺度网络的方法进行了终端典型缺陷的诊断。结果表明:所提出的方法对于EPR电缆终端故障的预测准确率达95.9%,相较于传统方法,预测准确率提高15%;同时,相较于其他深度学习方法,该方法对终端故障的预测准确率提高了5%,且所构建的诊断模型的训练迭代步数减少约40%。该文还提出了一种在极值寻优能力、网络稳定性、特征学习能力优于多尺度网络的网络模型,但相较于传统识别方法,深度学习方法的模型训练时间过长,如何缩短网络的模型训练时间还需要进一步深入研究。

高寒地区车载柔性电缆终端的局部放电特性与破坏机理

为研究在高寒地区运行的车载柔性电缆终端频繁爆炸的现象,构建了能够复现现场低温环境的局部放电测试系统。研究了放电起始/熄灭电压、放电发展规律以及放电相位谱图在不同低温条件下的特征;同时利用特征参数对放电谱图正负半周不对称的特性进行了分析;此外,分析了柔性终端内部主要绝缘材料在低温下的特性变化。研究结果表明:温度在–10℃以下时,放电起始电压与熄灭电压均随着温度的降低而降低,在同一电压下温度越低放电越剧烈;当温度达到–40℃时,绝大部分柔性终端在工作电压下即会发生局部放电;低温下柔性终端在负半周放电更加剧烈,这种不对称度随着温度的降低和放电的发展而增大。此外,通过对柔性电缆终端的解剖在应力管与主绝缘之间的交界面发现放电痕迹,分析得出这是因应力管与主绝缘在低温下材料匹配性降低所产生的放电。

高寒车载柔性电缆终端放电通道延伸与击穿过程的研究

电力机车在高寒地区运行时,会出现车载电缆柔性终端炸裂故障。为了研究击穿过程并探究击穿机理,首先在实验室内通过搭建低温实验平台模拟还原了电缆终端低温运行的实际工况,进而实施了局部放电及低温耐压试验。试验结果表明,低温下电缆终端发生局部放电,并在耐压试验中发生击穿,与实际情况相符。通过解剖电缆终端发现,应力管内部有明显的放电通道,外半导体层边缘及应力管末端有大范围烧蚀痕迹,击穿点位于应力管末端。在此基础上本文建立了电缆终端的三维立体模型,并基于有限元仿真软件进行仿真分析计算,仿真结果表明电缆终端存在大范围烧蚀痕迹位置,电场畸变同样严重,与试验结果吻合。最后本文探讨了放电通道延伸与击穿过程。

基于多尺度纹理特征的EPR电缆终端故障诊断方法

高速铁路列车中乙丙橡胶(EPR)电缆终端常因制作过程中操作不当而导致出现多种缺陷,造成终端局部放电甚至击穿的现象,对检测到的局部放电信号进行准确分类仍然是亟待解决的难题。分别制作了含尖端、环切划伤、金属微粒、气隙4种典型缺陷的终端试样,通过试验记录了各类试样的放电谱图信息。基于试验得到的局部放电谱图库,提出通过图像金字塔理论,构建多尺度局部放电谱图空间,并从中提取1阶纹理统计量、2阶纹理统计量及高阶纹理统计量作为缺陷类型识别的特征参量。同时,结合随机森林算法,基于gini指数完成了特征空间寻优工作,实现了对缺陷类型的正确分类。结果表明:通过随机森林算法,多尺度纹理特征的模型误差率和分类准确率明显优于单尺度纹理特征,能较好地对终端典型缺陷进行分类;同时,由于气隙缺陷和划伤缺陷的放电机理存在相似性,二者缺陷处的局部放电特征同样存在相似现象,因此气隙缺陷和划伤缺陷的分类较易出现误差,导致其识别率偏低,还需针对其图像特征参数和识别算法继续开展研究。

热氧老化EPR电缆绝缘局部放电特性及劣化机理

为了探究热氧老化后乙丙橡胶电缆绝缘的局部放电特性及劣化机理,文中通过典型柱–板电极对不同老化程度的乙丙橡胶试样进行了局部放电试验,并对其放电发展特性和材料理化性质进行了分析。结果表明:放电起始电压和闪络电压均随绝缘老化程度的提高而降低;根据放电过程中放电特征量的变化规律,可将放电过程划分为4个阶段:起始阶段、发展阶段、持续阶段、预闪络阶段,且不同老化程度试样的PRPD谱图在各阶段呈现出特定形状;老化后的试样表面气化或气体解吸附、内部添加剂成分析出导致试样表面出现"沟壑区"、白色块状物和"微孔",分子结构中的羰基等含氧基团、聚乙烯和聚丙烯等自由基数量的增加是乙丙橡胶绝缘在热氧老化后更易出现局部放电的关键原因。

基于电-热场联合分析的EPR中压电缆终端异常热点仿真分析及优化

25 kV乙丙橡胶(EPR)中压电缆终端因其自身的结构特性,内部电-热场分布不均,局部易出现异常畸变热点问题,而在安装电缆终端时出现的划伤缺陷加大了问题的严重程度,加速缺陷周围绝缘材料的老化,大幅降低了绝缘性能。为解决该问题,提出了一种电导率与电场、温度相关的非线性应力管材料,采用COMSOL仿真方法对比研究了使用高介质材料与非线性材料制作应力管时电缆终端内部的电-热场分布。结果表明,经优化后电缆终端的电-热场分布畸变程度能得到有效缓解;对于存在划伤缺陷的情况,优化后的电缆终端的电-热场畸变程度低于其出现击穿现象的阈值,表明其能够在缺陷情况下相对安全运行。同时采用热成像仪现场测试电缆终端温度分布,结果验证了经优化后电缆终端表面异常发热情况的改善效果。

车载电缆终端非线性应控管改善畸变电场分布的优化研究

电缆柔性终端对高速动车组供电系统的安全、稳定运行有着极为重要的作用。电缆终端内部存在气隙、导电微粒等杂质或遭受雷击过电压作用时,其内部电场畸变严重,在运行过程中发生爆炸事故,严重影响高铁列车的安全运行。为了优化电缆终端内部电场畸变问题,建立电缆终端模型,提出使用一种与电导率参数相关的非线性材料替换高介质材料,研究两种材料用作应控管时在不同运行条件下的电场分布。仿真研究表明:使用非线性应控管能有效均匀终端内部电场,削弱电场畸变程度。同时,对使用两种应控管材料的电缆终端试样进行耐压性实验,对比局部放电结果和内部解剖情况。分析发现,采用高介质材料的应控管终端出现明显局部放电现象。研究表明,使用非线性材料应控管的电缆终端能够有效解决电场畸变,增强电缆绝缘性。

高寒环境下低温对乙丙橡胶电缆终端界面放电特性的影响

乙丙橡胶(EPR)电缆作为高铁列车中应用最为广泛的电缆类型,其终端在高寒环境下接连出现多起击穿事故。为研究高寒环境下低温条件对EPR电缆终端击穿过程及界面间放电特性的影响,以实际运行中EPR电缆终端为试验样品,建立能够模拟最低温度可达-50℃的高压低温试验系统,对比研究20^-40℃范围内终端绝缘的局部放电特性及材料性质变化。结果表明:高寒环境下,EPR绝缘层和应力控制管(SCT)的弹性模量与自由空间体积等性质的差异,导致二者间易出现结构性缺陷,诱使终端内部局部放电现象的出现;低温条件下局部放电的起始电压和熄灭电压与常温相比均降低40%以上,击穿概率显著增大,放电图谱有明显的形状特征改变。经试验验证得出:高压低温条件下终端内部EPR/SCT界面间很容易出现结构不匹配现象,导致放电产生,严重威胁EPR电缆终端的安全稳定运行。

EPR电缆终端不同位置下环切缺陷的电场及放电PSA谱图特性

动车组用乙丙橡胶(ethylene-propylene rubber,EPR)电缆终端在安装时需人工剥除外半导电层,易造成环切缺陷进而导致放电现象,同时缺陷处易填充气体形成气隙,将加速放电发展,最终引起严重的电缆击穿故障。首先对距截断处60 mm内含环切缺陷的电缆终端进行有限元分析,计算环切处最大场强;然后在25 kV工频电压下开展放电试验,分析了PRPD和PSA谱图特征,并对PSA谱图灰度值作K-means聚类特征提取。研究结果表明,环切缺陷的位置与其对EPR电缆绝缘性能的影响密切相关,距截断处60mm以内的环切缺陷不可忽视;当连续放电脉冲电压差绝对值相等时,缺陷靠近截断处且影响极其严重,距离超过60 mm时则影响较小。结合放电特性可知,PSA谱图灰度值小于255的频数在5区的最大占比、4区的最小占比和分类聚心特征,可为判断环切缺陷位置和EPR电缆绝缘状态提供重要的理论依据和数据参照。

乙丙橡胶电缆终端气隙局部放电过程及特征提取

高速列车乙丙橡胶(ethylene propylene rubber,EPR)电缆终端由于制作、安装不规范,导致终端内部出现气隙,气隙部位的局部放电将严重影响高速列车的正常运行.为了分析气隙缺陷下25 kV乙丙橡胶电缆的局部放电过程及特性,制作了含气隙缺陷的电缆试样,测量了试样自起始放电至击穿全过程的放电参量及局部放电相位(phase resolved partial discharge,PRPD)谱图发展过程,并基于Gaussian金字塔与灰度共生矩阵的方法对放电全过程的PRPD谱图进行了特征提取.研究表明:根据放电参量的变化规律,可将整个放电过程分为放电发展阶段、放电持续阶段、临近击穿阶段;基于各阶段的PRPD谱图呈现的不同形貌,使用多尺度的灰度共生矩阵方法提取出的角二阶矩、熵、对比度等特征可用于放电阶段的表征.

-40℃条件下EPR电缆终端气隙放电发展特性

随着高速铁路快速发展,乙丙橡胶(ethylene propylene rubber,EPR)电缆终端在高铁列车中的应用越来越广泛,高寒环境下乙丙橡胶电缆终端因气隙缺陷导致的局部放电甚至击穿故障频发。为研究高寒地区电缆终端气隙缺陷的放电特征,以含气隙缺陷的EPR电缆终端为试验样品,搭建了模拟高寒地区环境条件的低温局部放电测试系统,对比研究了-40℃和20℃下电缆终端局部放电发展特性和绝缘击穿过程。研究结果表明:与20℃下相比,-40℃下的起始电压和熄灭电压分别降低31%和28%,正负半周均有明显放电脉冲出现;20℃条件下,放电则以气隙内部放电为主,而-40℃下除气隙内部放电外,绝缘表面有明显沿面放电痕迹;-40℃下局部放电的发展过程与放电相位分布、谱图不对称度等参量密切相关,对其进行研究可进一步揭示终端局部放电发展和演变规律,并为判断终端气隙缺陷严重程度提供依据。

基于多元非线性回归模型的XLPE电缆终端环形损伤故障特征

配电网10 k VXLPE电缆终端在制作过程中切除外半导电层用力不均匀,或因终端内水分、腐蚀液等渗入引起局部导体损耗和绝缘层介损突变,使沿XLPE绝缘层环形截面方向出现异常温升带,均会破坏绝缘层并留下易被忽视的环形伤痕。当环形伤痕位于原本电场分布不均的电缆终端上时,将使场强畸变更加明显,甚至会导致环形伤痕内空气电离而发生局部放电并引发故障。该文通过仿真分析了环形伤痕的宽度、位置和跨度与伤痕处最大场强的关系,结果表明宽度、位置和跨度交互影响环形伤痕处畸变电场分布;为此提出了利用最小二乘法构建以宽度、位置和跨度为自变量,最大场强为因变量的多元非线性回归模型,经验证该模型用于评估XLPE电缆终端环形损伤故障的程度具有较好的效果,为掌握10k VXLPE电缆终端的环形伤痕故障特征并进行故障诊断提供了新的思路和方法,显著提高了配电网运行可靠性。

交流电压下沿面放电对车载电缆材料劣化特性影响研究

为研究高铁列车在交流电压作用下,沿面放电对乙丙橡胶(EPR)电缆绝缘运行可靠性的影响,文中采用具有强平行电场分量的沿面放电模型对EPR胶片进行了不同放电强度及时间的加速劣化处理,并利用三电极系统测量了试样劣化后电阻率等参数的变化情况。研究结果表明,试样经过放电劣化处理后,在电极附近有白色圆圈出现,随放电强度升高逐渐变为淡黄色,并在周围逐渐出现枝状爬电痕迹,而试样的放电起始电压和电阻率则随放电水平及时间增大逐渐递减。另外,放电量越大,试样耐压强度降低的趋势越明显。利用聚合物分子断裂概率模型评估了EPR电缆材料劣化程度与放电强度的关系,表明外施强电场作用下,EPR绝缘试样的可靠性、分子链断裂概率及速率均会受到不同程度的劣化作用及影响。

基于放电特性的动车组乙丙橡胶电缆绝缘老化表征参量及灵敏性研究

搭建动车组乙丙橡胶(EPR)电缆绝缘放电检测系统,制备4组分别近似等效EPR电缆绝缘在90℃下运行960,1 920,7 680和15 360 h的绝缘样品,在柱板电极系统下对其进行局部放电测试,将放电过程分为放电起始、放电发展、放电平稳和放电激发(S1-S4) 4个阶段;计算正负半周放电总能量差ΔW,分析放电量q-相位φ归一化谱图的偏斜度Sk和正负偏斜最大相似度|ΔSk|min;对最大放电量qmax作改进型Z-score规范化,计算规范化正值z+的频数比例P (z+)和最大正值zmax。结果表明:老化程度较深的EPR电缆绝缘,ΔW在S3阶段之前波动更明显,且在S3阶段ΔW<0;表征参量Sk随放电发展呈现递减速度逐渐变缓的单调性,能明显区分放电阶段,但对EPR电缆绝缘老化程度反应不够灵敏;表征参量|ΔSk|min用于表征EPR电缆绝缘老化程度反应较灵敏,当S2和S3阶段的P (z+)及zmax表征参量辅助使用时,|ΔSk|min的灵敏性显著提高。

低温下含尖刺缺陷的EPR电缆终端主绝缘局部放电发展特性研究

为研究EPR电缆终端主绝缘在低温环境下的局部放电发展特性,搭建了-30℃下的局部放电测试系统。采用逐渐加压并保持恒压的加压方式,测量了不同温度下的局部放电信号,分析了不同温度下的局部放电谱图、平均放电量、放电次数分布特征。结果表明:局部放电、平均放电量增长率、平均放电量正(负)半周偏斜度与电缆终端主绝缘尖刺缺陷局部放电发展特性相结合,可以用来表征电缆终端主绝缘局部放电发展的严重程度。