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CN114166890A - 一种车载epr电缆运行年龄的估算方法 - Google Patents

一种车载epr电缆运行年龄的估算方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车载EPR电缆运行年龄的估算方法，包括以下步骤：采集实际运行电缆与待检测电缆的局部放电量信息、局部放电量数据归一化、将归一化局部放电量数据映射到极坐标系、求解构造局部放电量增益矩阵、计算电缆局部放电量增益矩阵奇异因子、计算电缆运行年龄表征因子、根据电缆运行年龄表征因子估算待检测电缆的运行年龄。本发明的有益效果在于：将局部放电量时序数据映射到极坐标系中形成二维矩阵，丰富了局部放电数据间的关联性，能够准确、高效地估算车载EPR电缆运行年龄，为车载EPR电缆运行年龄检测提供技术支持，避免由电缆老化引发动车组运行事故，降低运维成本。

Description

一种车载EPR电缆运行年龄的估算方法
技术领域
本发明属于电缆绝缘老化状态检测领域，具体涉及一种车载EPR电缆运行年龄的估算方法。
背景技术
高速铁路动车组车载乙丙橡胶(Ethylene Propylene Rubber,EPR)电缆在“车-网”牵引供电系统中扮演着极其重要的角色，其健康状态与动车组安全可靠运行息息相关。乙丙橡胶因具有良好的电气性能、热性能和机械延展性，被广泛用作车载电缆的重要部分绝缘层中。然而，在车载电缆服役运行期间，受外界电、热、水分侵入等影响，其绝缘性能会有所下降，轻则产生大量电能损耗浪费，重则造成列车断电等严重威胁到列车安全可靠运行的事故。因此对车载EPR电缆运行年龄的估算极其重要。
为了准确、有效、便捷地估算车载EPR电缆运行年龄，减少由电缆老化造成的经济损失和危险事故，亟需一种对车载EPR电缆运行年龄的估算方法，来指导铁路系统对动车的有效安全运维。
发明内容
本发明为一种车载EPR电缆运行年龄的估算方法，具体包括以下步骤：
步骤1：采集实际运行电缆与待检测电缆的局部放电量信息
将实际运行电缆和待检测电缆分别加压25kV，记录局部放电试验过程中前2000次的放电量信息，将从实际运行电缆中采集到的放电量记为q(t，1),q(t，2),…,q(t，2000)，将从待检测电缆中采集到的放电量记为p1,p2,…,p2000，t表示实际电缆运行t年，t∈{1,4,7,10}；
步骤2：局部放电量数据归一化
局部放电量数据归一化处理可按公式(1)和(2)计算：
Figure BDA0003339511100000011
Figure BDA0003339511100000012
其中，q(t,i)表示实际运行t年的电缆第i次的放电量，1≤i≤2000且i是整数，max(q(t))和min(q(t))分别代表采集实际运行t年的电缆放电量中的最大值和最小值，q'(t,i)表示实际运行t年的电缆第i次放电量经归一化后的值，pj表示待检测电缆第j次的放电量，1≤j≤2000且j是整数，max(p)和min(p)分别代表采集待检测电缆放电量中的最大值和最小值，p'j表示待检测电缆第j次放电量经归一化后的值；
步骤3：将归一化局部放电量数据映射到极坐标系
映射到极坐标系内的极角和极径可通过公式(3)～(6)确定：
Figure BDA0003339511100000021
Figure BDA0003339511100000022
δj＝arccos(p'j) (5)
Figure BDA0003339511100000023
其中，
Figure BDA0003339511100000024
和ρ(t,i)分别是实际运行t年的电缆第i次归一化后的放电量映射到极坐标系的极角和极径，δj和ηj分别是待检测电缆第j次归一化后的放电量映射到极坐标系的极角和极径；
步骤4：求解构造局部放电量增益矩阵
求解构造的局部放电量增益矩阵如公式(7)和(8)：
Figure BDA0003339511100000025
Figure BDA0003339511100000026
其中，A和B分别对应实际运行t年电缆的局部放电量增益矩阵和待检测电缆的局部放电量增益矩阵；
步骤5：计算电缆局部放电量增益矩阵奇异因子
电缆局部放电量增益矩阵奇异因子可通过公式(9)和(10)确定：
Figure BDA0003339511100000031
Figure BDA0003339511100000032
其中，γ和β分别对应局部放电量增益矩阵A和B的奇异因子，“|| ||F”表示矩阵F范数,“|| ||2”表示矩阵2范数，A*是A的伴随矩阵，B*是B的伴随矩阵；
步骤6：计算电缆运行年龄表征因子
电缆运行年龄表征因子θ可通过公式(11)确定：
Figure BDA0003339511100000033
步骤7：根据电缆运行年龄表征因子θ估算待检测电缆的运行年龄。
本发明的有益效果在于：将局部放电量时序数据映射到极坐标系中形成二维矩阵，丰富了局部放电数据间的关联性，能够准确、高效地估算车载EPR电缆运行年龄，为车载EPR电缆运行年龄检测提供技术支持，避免由电缆老化引发动车组运行事故，降低运维成本。
附图说明
图1为本估算方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施过程对本发明进行进一步说明。
图1为车载EPR电缆运行年龄的估算方法流程图，由图1可知，一种车载EPR电缆运行年龄的估算方法，包括以下步骤：
步骤1：采集实际运行电缆与待检测电缆的局部放电量信息
将实际运行电缆和待检测电缆分别加压25kV，记录局部放电试验过程中前2000次的放电量信息，将从实际运行电缆中采集到的放电量记为q(t，1),q(t，2),…,q(t，2000)，将从待检测电缆中采集到的放电量记为p1,p2,…,p2000，t表示实际电缆运行t年，t∈{1,4,7,10}；
步骤2：局部放电量数据归一化
局部放电量数据归一化处理可按公式(1)和(2)计算：
Figure BDA0003339511100000034
Figure BDA0003339511100000041
其中，q(t,i)表示实际运行t年的电缆第i次的放电量，1≤i≤2000且i是整数，max(q(t))和min(q(t))分别代表采集实际运行t年的电缆放电量中的最大值和最小值，q'(t,i)表示实际运行t年的电缆第i次放电量经归一化后的值，pj表示待检测电缆第j次的放电量，1≤j≤2000且j是整数，max(p)和min(p)分别代表采集待检测电缆放电量中的最大值和最小值，p'j表示待检测电缆第j次放电量经归一化后的值；
步骤3：将归一化局部放电量数据映射到极坐标系
映射到极坐标系内的极角和极径可通过公式(3)～(6)确定：
Figure BDA0003339511100000042
Figure BDA0003339511100000043
δj＝arccos(p'j) (5)
Figure BDA0003339511100000044
其中，
Figure BDA0003339511100000045
和ρ(t,i)分别是实际运行t年的电缆第i次归一化后的放电量映射到极坐标系的极角和极径，δj和ηj分别是待检测电缆第j次归一化后的放电量映射到极坐标系的极角和极径；
步骤4：求解构造局部放电量增益矩阵
求解构造的局部放电量增益矩阵如公式(7)和(8)：
Figure BDA0003339511100000046
Figure BDA0003339511100000051
其中，A和B分别对应实际运行t年电缆的局部放电量增益矩阵和待检测电缆的局部放电量增益矩阵；
步骤5：计算电缆局部放电量增益矩阵奇异因子
电缆局部放电量增益矩阵奇异因子可通过公式(9)和(10)确定：
Figure BDA0003339511100000052
Figure BDA0003339511100000053
其中，γ和β分别对应局部放电量增益矩阵A和B的奇异因子，“|| ||F”表示矩阵F范数,“||||2”表示矩阵2范数，A*是A的伴随矩阵，B*是B的伴随矩阵；
步骤6：计算电缆运行年龄表征因子
电缆运行年龄表征因子θ可通过公式(11)确定：
Figure BDA0003339511100000054
步骤7：根据电缆运行年龄表征因子θ估算待检测电缆的运行年龄
当
Figure BDA0003339511100000055
时，车载EPR电缆运行年龄小于等于1年；
当
Figure BDA0003339511100000056
时，车载EPR电缆运行年龄大于1年且小于等于4年；
当
Figure BDA0003339511100000057
时，车载EPR电缆运行年龄大于4年且小于等于7年；
当1.1e＜θ≤2.05e2时，车载EPR电缆运行年龄大于7年且小于等于10年；
当2.05e2＜θ时，车载EPR电缆运行年龄大于10年。

Claims (1)

1.一种车载EPR电缆运行年龄的估算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1：采集实际运行电缆与待检测电缆的局部放电量信息
将实际运行电缆和待检测电缆分别加压25kV，记录局部放电试验过程中前2000次的放电量信息，将从实际运行电缆中采集到的放电量记为q(t，1),q(t，2),…,q(t，2000)，将从待检测电缆中采集到的放电量记为p1,p2,…,p2000，t表示实际电缆运行t年，t∈{1,4,7,10}；
步骤2：局部放电量数据归一化
局部放电量数据归一化处理可按公式(1)和(2)计算：
Figure FDA0003339511090000011
Figure FDA0003339511090000012
其中，q(t,i)表示实际运行t年的电缆第i次的放电量，1≤i≤2000且i是整数，max(q(t))和min(q(t))分别代表采集实际运行t年的电缆放电量中的最大值和最小值，q'(t,i)表示实际运行t年的电缆第i次放电量经归一化后的值，pj表示待检测电缆第j次的放电量，1≤j≤2000且j是整数，max(p)和min(p)分别代表采集待检测电缆放电量中的最大值和最小值，p'j表示待检测电缆第j次放电量经归一化后的值；
步骤3：将归一化局部放电量数据映射到极坐标系
映射到极坐标系内的极角和极径可通过公式(3)～(6)确定：
Figure FDA0003339511090000013
Figure FDA0003339511090000014
δj＝arccos(p'j) (5)
Figure FDA0003339511090000015
其中，
Figure FDA0003339511090000016
和ρ(t,i)分别是实际运行t年的电缆第i次归一化后的放电量映射到极坐标系的极角和极径，δj和ηj分别是待检测电缆第j次归一化后的放电量映射到极坐标系的极角和极径；
步骤4：求解构造局部放电量增益矩阵
求解构造的局部放电量增益矩阵如公式(7)和(8)：
Figure FDA0003339511090000021
Figure FDA0003339511090000022
其中，A和B分别对应实际运行t年电缆的局部放电量增益矩阵和待检测电缆的局部放电量增益矩阵；
步骤5：计算电缆局部放电量增益矩阵奇异因子
电缆局部放电量增益矩阵奇异因子可通过公式(9)和(10)确定：
Figure FDA0003339511090000023
Figure FDA0003339511090000024
其中，γ和β分别对应局部放电量增益矩阵A和B的奇异因子，“|| ||F”表示矩阵F范数,“|| ||2”表示矩阵2范数，A*是A的伴随矩阵，B*是B的伴随矩阵；
步骤6：计算电缆运行年龄表征因子
电缆运行年龄表征因子θ可通过公式(11)确定：
Figure FDA0003339511090000025
步骤7：根据电缆运行年龄表征因子θ估算待检测电缆的运行年龄。
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