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专利号: 2024115647643
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-06-16
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于电场畸变因子的接触网腕臂绝缘子覆冰劣化状态评估方法,其特征在于,包括如下步骤:

第一步:搭建了一种基于电场畸变因子的接触网腕臂绝缘子覆冰劣化状态测评平台,所述平台包括:上位机(1)、工频电压控制器(2)、工频电压发生器(3)、工频发生器接地极(31)、高压同轴线缆(4)、高压开关(51)、接地开关(52)、高精度分压器(6)、环境模拟试验箱(7)、高压试验电极一(81)、高压试验电极二(82)、接触网腕臂绝缘子试品(9)、腕臂绝缘子角度调节器(10)、智能化角度调节控制装置(11)、电流测试线圈(12)、接地电缆(13)、接地网(14)、实验数据采集单元(15)、无线数据传输模块一(161)、无线数据传输模块二(162)、无线数据传输模块(163)、冰层厚度测量仪(17)、冰棱长度测量仪(18)、智能化冰量调节器(19)、风机(20)、可调风向滤网(21)、风速综合控制装置(22)、制冰机(23);

所述工频电压控制器(2)输入端与上位机(1)相连,工频电压控制器(2)输出端与工频电压发生器(3)的输入端相连,工频电压发生器(3)的输出端经高压同轴线缆(4)与高压开关(51)的左端相连,高压开关(51)的右端与高精度分压器(6)的输入端相连,高精度分压器(6)的输出端与高压试验电极一(81)相连,高压试验电极一(81)与接触网腕臂绝缘子试品(9)的上端相连,接触网腕臂绝缘子试品(9)的下端与高压试验电极二(82)相连,高压试验电极二(82)固定在腕臂绝缘子角度调节器(10)上,接地开关(52)的上下端分别与高压试验电极二(82)、接地电缆(13)相连,接地电缆(13)输出端与接地网(14)相连;

所述工频电压发生器(3)的接地端与工频电压发生器接地极(31)相连;

所述电流测试线圈(12)套接在接地电缆(13)上,电流测试线圈(12)的输出端与实验数据采集单元(15)的输入端相连;

所述实验数据采集单元(15)的输出端与无线数据传输模块一(161)的输入端相连,无线数据传输模块一(161)与上位机(1)无线连接;

所述智能化角度调节控制装置(11)的输入端与上位机(1)相连,智能化角度调节控制装置(11)的输出端与腕臂绝缘子角度调节器(10)连接;所述冰层厚度测量仪(17)、冰棱长度测量仪(18)的输出端与无线数据传输模块二(162)连接;所述无线数据传输模块二(162)与上位机(1)无线连接;

所述智能化冰量调节器(19)的输入端与上位机(1)相连,智能化冰量调节器(19)的输出端与制冰机(23)连接;所述风速综合控制装置(22)分别与风机(20)、无线数据传输模块三(163)连接;所述无线数据传输模块三(163)与上位机(1)无线连接;

所述高压试验电极一(81)、接触网腕臂绝缘子试品(9)、高压试验电极二(82)、腕臂绝缘子角度调节器(10)、冰层厚度测量仪(17)、冰棱长度测量仪(18)、风机(20)、可调风向滤网(21)、制冰机(23)固定在环境模拟试验箱(7)内部;

第二步:基于搭建的一种基于电场畸变因子的接触网腕臂绝缘子覆冰劣化状态测评平台,提出了一种基于电场畸变因子的接触网腕臂绝缘子覆冰劣化状态评估方法,包括以下步骤:S1:在上位机(1)中设定接触网腕臂绝缘子试品(9)的安装角度为θa,上位机(1)通过控制智能化角度调节控制装置(11),控制腕臂绝缘子角度调节器(10)开始工作,使得接触网腕臂绝缘子试品(9)与水平面的夹角为θa;

S2:在上位机(1)中设定环境模拟试验箱(7)内的冰量为Ha,上位机(1)通过控制智能化冰量调节器(19),控制制冰机(23)的制冰量为Ha;

S3:在上位机(1)中设定风速Va,上位机(1)通过无线数据传输模块三(163)将风速设定信号传输至风速综合控制装置(22),通过风速综合控制装置(22)控制风机(20)的转速n从0开始均匀增加;同时风速综合控制装置(22)实时测量环境模拟试验箱(7)内的风速v,无线数据传输模块三(163)将风速综合控制装置(22)测量结果无线传输至上位机(1),上位机(1)对风速v进行判断,若满足|Va‑v|

S4:保持环境模拟试验箱(7)内环境条件不变,等待时间ΔT后,通过冰层厚度测量仪(17)、冰棱长度测量仪(18)测量此时接触网腕臂绝缘子试品(9)的冰层厚度最大值dmax、冰层厚度最小值dmin和冰棱长度最大值lmax、冰棱长度最小值lmin;无线数据传输模块二(162)将冰层厚度测量仪(17)和冰棱长度测量仪(18)测量结果无线传输至上位机(1);

S5:通过上位机(1)对工频电压控制器(2)发出控制信号,使得工频电压发生器(3)对接触网腕臂绝缘子试品(9)进行恒定升压处理,每隔时间Δt升压ΔU,一共进行N次升压,每进行一次升压后记录此时的时间t及工频电压发生器(3)的电压U1,再由高精度分压器(6)及电流测试线圈(12)测得此时的接触网腕臂绝缘子试品(9)的电压U2及电流Ir,并通过实验数据采集单元(15)返回至上位机(1)中,断开高压开关(51)、接地开关(52);

S6:通过下式得到接触网腕臂绝缘子试品(9)的工频试验电流计算值Ii:

式(1)中,t为模拟环境的持续时间,k为权重系数,y为线性误差因子,x为积分变量,U2为测得的接触网腕臂绝缘子试品(9)两端的电压;

S7:采用优化算法对公式(1)进行优化建模,得出使误差最小的值y0,具体步骤为:

1)随机生成初始解δ,计算目标函数:

式(2)中表示目标函数,Iim为第m次工频电流的计算值,Irm为第m次工频电流的实测值,N为试验次数;

2)产生扰动新解δ',计算目标函数Δf=f(δ)‑f(δ');若Δf≥0,则接受新解,否则,按概率接受准则获得新解;

3)判断是否达到迭代次数,若达到转第4)步,否则,转第2)步;

4)判断是否满足终止条件,若满足则运算结束,输出最优解,否则重置迭代次数转第2)步;

S8:将S7中得出的y0代入公式(1)得到优化后的接触网腕臂绝缘子试品(9)的工频试验电流Ii'计算公式:S9:基于优化后的工频试验电流Ii'计算接触网腕臂绝缘子的电场畸变因子σ:

式(3)中,Ii'为优化后的工频试验电流,θa为接触网腕臂绝缘子试品(9)与水平面夹角,dmax为冰层厚度最大值,dmin为冰层厚度最小值,lmax为冰棱长度最大值,lmin为冰棱长度最小值,N为试验次数;

S10:计算接触网腕臂绝缘子覆冰劣化状态评估因子η:

式(5)中Ii'为优化后的工频试验电流,σ为电场畸变因子;

S11:基于上述步骤得到的接触网腕臂绝缘子覆冰劣化状态评估因子η进行评估,当η∈(0,7.49]时,表明接触网腕臂绝缘子无劣化;当η∈(7.49,67.94]时,表明接触网腕臂绝缘子轻微劣化;当η∈(67.94,+∞)时,表明接触网腕臂绝缘子劣化严重,建议更换接触网腕臂绝缘子。