本發(fā)明屬于接觸網(wǎng)腕臂絕緣子劣化狀態(tài)評估領(lǐng)域，具體涉及一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估方法。

背景技術(shù)：

1、在軌道交通系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)腕臂絕緣子作為高速鐵路電力傳輸系統(tǒng)的重要組成部分，承擔著電氣絕緣和機械支撐的雙重功能，接觸網(wǎng)腕臂絕緣子性能的可靠性直接影響軌道交通的安全和穩(wěn)定運行。隨著高速鐵路的迅猛發(fā)展，接觸網(wǎng)系統(tǒng)在各種氣候條件下運行，包括高寒、潮濕、覆冰等復(fù)雜環(huán)境，這對絕緣子性能提出了更高的要求。尤其是在冬季寒冷環(huán)境中，接觸網(wǎng)腕臂絕緣子表面容易形成冰層，導(dǎo)致接觸網(wǎng)腕臂絕緣子性能下降，影響軌道交通系統(tǒng)的正常運行，甚至引發(fā)安全事故。因此，接觸網(wǎng)腕臂絕緣子在覆冰條件下的劣化問題必須得到足夠的重視，需要及時評估和發(fā)現(xiàn)接觸網(wǎng)腕臂絕緣子的劣化狀態(tài)并采取相應(yīng)的防護措施。

2、覆冰現(xiàn)象會導(dǎo)致接觸網(wǎng)腕臂絕緣子表面電場分布發(fā)生變化，引起電場畸變，從而加速絕緣子的劣化過程。覆冰不僅增加了絕緣子表面的泄露電流，還可能引發(fā)局部放電，進一步損害接觸網(wǎng)腕臂絕緣子的絕緣性能。

3、目前，對接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)的評估方法主要依賴于經(jīng)驗判斷和簡單的物理檢測，且大多未能考慮覆冰條件下的電場畸變情況，導(dǎo)致在嚴寒氣候條件下，對于接觸網(wǎng)腕臂絕緣子的劣化狀態(tài)評估存在局限性，難以提供準確和及時的預(yù)警和維護建議。因此本發(fā)明搭建了一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)測評平臺，并基于此平臺提出了一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估方法，對接觸網(wǎng)腕臂絕緣子的劣化狀態(tài)進行準確評估，并提出檢修意見，提高軌道交通系統(tǒng)運行的安全性和可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了準確地評估覆冰條件下接觸網(wǎng)腕臂絕緣子的劣化狀態(tài)，本發(fā)明提供了一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估方法。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案如下：

2、第一步：搭建了一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)測評平臺，所述平臺包括：上位機(1)、工頻電壓控制器(2)、工頻電壓發(fā)生器(3)、工頻發(fā)生器接地極(31)、高壓同軸線纜(4)、高壓開關(guān)(51)、接地開關(guān)(52)、高精度分壓器(6)、環(huán)境模擬試驗箱(7)、高壓試驗電極一(81)、高壓試驗電極二(82)、接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)、腕臂絕緣子角度調(diào)節(jié)器(10)、智能化角度調(diào)節(jié)控制裝置(11)、電流測試線圈(12)、接地電纜(13)、接地網(wǎng)(14)、實驗數(shù)據(jù)采集單元(15)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊一(161)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊二(162)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(163)、冰層厚度測量儀(17)、冰棱長度測量儀(18)、智能化冰量調(diào)節(jié)器(19)、風(fēng)機(20)、可調(diào)風(fēng)向濾網(wǎng)(21)、風(fēng)速綜合控制裝置(22)、制冰機(23)；

3、所述工頻電壓控制器(2)輸入端與上位機(1)相連，工頻電壓控制器(2)輸出端與工頻電壓發(fā)生器(3)的輸入端相連，工頻電壓發(fā)生器(3)的輸出端經(jīng)高壓同軸線纜(4)與高壓開關(guān)(51)的左端相連，高壓開關(guān)(51)的右端與高精度分壓器(6)的輸入端相連，高精度分壓器(6)的輸出端與高壓試驗電極一(81)相連，高壓試驗電極一(81)與接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的上端相連，接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的下端與高壓試驗電極二(82)相連，高壓試驗電極二(82)固定在腕臂絕緣子角度調(diào)節(jié)器(10)上，接地開關(guān)(52)的上下端分別與高壓試驗電極二(82)、接地電纜(13)相連，接地電纜(13)輸出端與接地網(wǎng)(14)相連；

4、所述工頻電壓發(fā)生器(3)的接地端與工頻電壓發(fā)生器接地極(31)相連；

5、所述電流測試線圈(12)套接在接地電纜(13)上，電流測試線圈(12)的輸出端與實驗數(shù)據(jù)采集單元(15)的輸入端相連；

6、所述實驗數(shù)據(jù)采集單元(15)的輸出端與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊一(161)的輸入端相連，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊一(161)與上位機(1)無線連接；

7、所述智能化角度調(diào)節(jié)控制裝置(11)的輸入端與上位機(1)相連，智能化角度調(diào)節(jié)控制裝置(11)的輸出端與腕臂絕緣子角度調(diào)節(jié)器(10)連接；所述冰層厚度測量儀(17)、冰棱長度測量儀(18)的輸出端與無線數(shù)據(jù)傳輸模塊二(162)連接；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊二(162)與上位機(1)無線連接；

8、所述智能化冰量調(diào)節(jié)器(19)的輸入端與上位機(1)相連，智能化冰量調(diào)節(jié)器(19)的輸出端與制冰機(23)連接；所述風(fēng)速綜合控制裝置(22)分別與風(fēng)機(20)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊三(163)連接；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊三(163)與上位機(1)無線連接；

9、所述高壓試驗電極一(81)、接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)、高壓試驗電極二(82)、腕臂絕緣子角度調(diào)節(jié)器(10)、冰層厚度測量儀(17)、冰棱長度測量儀(18)、風(fēng)機(20)、可調(diào)風(fēng)向濾網(wǎng)(21)、制冰機(23)固定在環(huán)境模擬試驗箱(7)內(nèi)部；

10、第二步：基于搭建的一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)測評平臺，提出了一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估方法，包括以下步驟：

11、s1：在上位機(1)中設(shè)定接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的安裝角度為θa，上位機(1)通過控制智能化角度調(diào)節(jié)控制裝置(11)，控制腕臂絕緣子角度調(diào)節(jié)器(10)開始工作，使得接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)與水平面的夾角為θa；

12、s2：在上位機(1)中設(shè)定環(huán)境模擬試驗箱(7)內(nèi)的冰量為ha，上位機(1)通過控制智能化冰量調(diào)節(jié)器(19)，控制制冰機(23)的制冰量為ha；

13、s3：在上位機(1)中設(shè)定風(fēng)速va，上位機(1)通過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊三(163)將風(fēng)速設(shè)定信號傳輸至風(fēng)速綜合控制裝置(22)，通過風(fēng)速綜合控制裝置(22)控制風(fēng)機(20)的轉(zhuǎn)速n從0開始均勻增加；同時風(fēng)速綜合控制裝置(22)實時測量環(huán)境模擬試驗箱(7)內(nèi)的風(fēng)速v，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊三(163)將風(fēng)速綜合控制裝置(22)測量結(jié)果無線傳輸至上位機(1)，上位機(1)對風(fēng)速v進行判斷，若滿足|va-v|<e，則保持風(fēng)機(20)的轉(zhuǎn)速n不變；

14、s4：保持環(huán)境模擬試驗箱(7)內(nèi)環(huán)境條件不變，等待時間δt后，通過冰層厚度測量儀(17)、冰棱長度測量儀(18)測量此時接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的冰層厚度最大值dmax、冰層厚度最小值dmin和冰棱長度最大值lmax、冰棱長度最小值lmin；無線數(shù)據(jù)傳輸模塊二(162)將冰層厚度測量儀(17)和冰棱長度測量儀(18)測量結(jié)果無線傳輸至上位機(1)；

15、s5：通過上位機(1)對工頻電壓控制器(2)發(fā)出控制信號，使得工頻電壓發(fā)生器(3)對接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)進行恒定升壓處理，每隔時間δt升壓δu，一共進行n次升壓，每進行一次升壓后記錄此時的時間t及工頻電壓發(fā)生器(3)的電壓u1，再由高精度分壓器(6)及電流測試線圈(12)測得此時的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的電壓u2及電流ir，并通過實驗數(shù)據(jù)采集單元(15)返回至上位機(1)中，斷開高壓開關(guān)(51)、接地開關(guān)(52)；

16、s6：通過下式得到接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的工頻試驗電流計算值ii：

17、

18、式(1)中，t為模擬環(huán)境的持續(xù)時間，k為權(quán)重系數(shù)，y為線性誤差因子，x為積分變量，u2為測得的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)兩端的電壓；

19、s7：采用優(yōu)化算法對公式(1)進行優(yōu)化建模，得出使誤差最小的值y0，具體步驟為：

20、1)隨機生成初始解δ，計算目標函數(shù)：

21、

22、式(2)中表示目標函數(shù)，iim為第m次工頻電流的計算值，irm為第m次工頻電流的實測值，n為試驗次數(shù)；

23、2)產(chǎn)生擾動新解δ'，計算目標函數(shù)δf＝f(δ)-f(δ')；若δf≥0，則接受新解，否則，按概率接受準則獲得新解；

24、3)判斷是否達到迭代次數(shù)，若達到轉(zhuǎn)第3)步，否則，轉(zhuǎn)第2)步；

25、4)判斷是否滿足終止條件，若滿足則運算結(jié)束，輸出最優(yōu)解，否則重置迭代次數(shù)轉(zhuǎn)第2)步；

26、s8：將s7中得出的y0代入公式(1)得到優(yōu)化后的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)的工頻試驗電流ii'計算公式：

27、

28、s9：基于優(yōu)化后的工頻試驗電流ii'計算接觸網(wǎng)腕臂絕緣子的電場畸變因子σ：

29、

30、式(3)中，ii'為優(yōu)化后的工頻試驗電流，θa為接觸網(wǎng)腕臂絕緣子試品(9)與水平面夾角，dmax為冰層厚度最大值，dmin為冰層厚度最小值，lmax為冰棱長度最大值，lmin為冰棱長度最小值，n為試驗次數(shù)；

31、s10：計算接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估因子η：

32、

33、式(5)中ii'為優(yōu)化后的工頻試驗電流，σ為電場畸變因子，n為試驗次數(shù)；

34、s11：基于上述步驟得到的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估因子η進行評估，當η∈(0，7.49]時，表明接觸網(wǎng)腕臂絕緣子無劣化；當η∈(7.49，67.94]時，表明接觸網(wǎng)腕臂絕緣子輕微劣化；當η∈(67.94，+∞)時，表明接觸網(wǎng)腕臂絕緣子劣化嚴重，建議更換接觸網(wǎng)腕臂絕緣子。

35、本發(fā)明的有益效果在于：

36、1)搭建了一種基于電場畸變因子的接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)測評平臺，能夠有效模擬接觸網(wǎng)腕臂絕緣子在實際環(huán)境條件下的覆冰情況；

37、2)采用上位機智能控制系統(tǒng)，簡化操作流程，提高工作效率和數(shù)據(jù)管理的便捷性；

38、3)智能化環(huán)境控制設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對試驗條件的精確控制，確保試驗環(huán)境的穩(wěn)定性和可重復(fù)性，大大提高了對接觸網(wǎng)腕臂絕緣子覆冰劣化狀態(tài)評估的準確性；

39、4)集成無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)的實時遠程傳輸和監(jiān)控，增強了數(shù)據(jù)的可訪問性和即時性，提高整體操作的靈活性和效率。