一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备
阅读：927发布：2020-05-11
专利汇可以提供一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种 电缆 附件 硅 橡胶 老化诊断方法、系统及设备，包括以下步骤：采用脉冲回波法对电缆附件硅橡胶进行 超 声波 检测；采集电缆件硅橡胶反射回来的 超声波 信号 ，对超声波信号进行预处理；对经过预处理的超声波信号截取底面波B，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad；根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况。本发明 实施例 通过超声波对电缆附件硅橡胶进行老化诊断，老化程度参数pad通过超声检测即可获得，不需要重新制备样品进行介电参数(相对介电参数和击穿强度)的测试，可在保证电缆附件橡胶件完整的情况下进行测试，从而实现电缆附件硅橡胶的无损评估。，下面是一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备专利的具体信息内容。
1.一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用脉冲回波法对电缆附件硅橡胶进行超声波检测；
采集电缆件硅橡胶反射回来的超声波信号，对超声波信号进行预处理；
对经过预处理的超声波信号截取底面波B，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad；
根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况。
2.根据权利要求1所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，所述对超声波信号进行预处理的方法为将超声波信号转化为数字信号。
3.根据权利要求2所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad的具体步骤如下：
对底面波B进行幅值归一化处理；
对归一化后的底面波B进行快速傅里叶变换，获得底面波B的频谱波形；
获取频谱波形中的主峰fpeak以及DC直流分量fDC，基于主峰fpeak以及DC直流分量fDC得到老化程度参数pad。
4.根据权利要求3所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，老化程度参数pad的表达公式如下:
5.根据权利要求4所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况的具体过程如下：获取老化程度参数pad与介电参数的关系，通过老化程度参数pad求得介电参数，根据介电参数判断电缆附件硅橡胶的老化情况。
6.根据权利要求5所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，老化程度参数pad与介电参数的关系如下所示：
式中：x为pad，y为介电参数，A1、A2、x0、dx为通过拟合获得参数。
7.一种电缆附件硅橡胶老化诊断系统，所述系统基于上述权利要求1～5任一项所述的电缆附件硅橡胶老化诊断方法，其特征在于，包括超声波探头、超声波探头控制模块、数据采集模块以及数据处理模块，所述超声波探头与超声波探头控制模块的一端相连接，所述超声波探头控制模块的另一端与数据采集模块的一端相连接，数据采集模块另一端与数据处理模块相连接。
8.根据权利要求7所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断系统，其特征在于，所述系统还包括有水槽、所述超声波探头置于水槽中。
9.根据权利要求8所述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断系统，其特征在于，所述系统还包括储存模块，所述储存模块与数据处理模块相连接。
10.一种电缆附件硅橡胶老化诊断设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-6任一项所述的电缆附件硅橡胶老化诊断方法。
一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备
技术领域
[0001] 本发明涉及电缆诊断技术领域，尤其涉及一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备。
背景技术
[0002] 电力电缆大力发展,使得新型硅橡胶绝缘材料由于其优良的机电热性能得以广泛应用在超高压电缆附件绝缘领域,但是绝缘故障时有发生,成为电缆输电线路的薄弱环节。硅橡胶制成的高压电缆附件性能较好，与其他原材料相比，具备硬度低、抗老化性强等多种优点，从而保障高压输电工程的顺利运行。然而，电缆附件硅橡胶也免不了会发生老化，现有技术中对电缆附件硅橡胶老化的检测为破坏性检测，导致在检测后需要对电缆附件硅橡胶进行修补，并且破坏性检测破坏了电缆附件硅橡胶的整体结构，导致其使用寿命不长。
[0003] 综上所述，现有技术中对电缆附件硅橡胶进行老化检测时，存在着需要破坏电缆附件硅橡胶的技术问题。
发明内容
[0004] 本发明提供了一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备，解决了现有技术中对电缆附件硅橡胶进行老化检测时，存在着需要破坏电缆附件硅橡胶的技术问题。
[0005] 本发明提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法及系统，包括以下步骤：
[0008] 对经过预处理的超声波信号截取底面波B，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad；
[0009] 根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况。
[0010] 优选的，所述对超声波信号进行预处理的方法为将超声波信号转化为数字信号。
[0011] 优选的，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad的具体步骤如下：
[0012] 对底面波B进行幅值归一化处理；
[0014] 获取频谱波形中的主峰fpeak以及DC直流分量fDC，基于主峰fpeak以及DC直流分量fDC得到老化程度参数pad。
[0015] 优选的，老化程度参数pad的表达公式如下:
[0016]
[0017] 优选的，根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况的具体过程如下：获取老化程度参数pad与介电参数的关系，通过老化程度参数pad求得介电参数，根据介电参数判断电缆附件硅橡胶的老化情况。
[0018] 优选的，老化程度参数pad与介电参数的关系如下所示：
[0019]
[0020] 式中：x为pad，y为介电参数，A1、A2、x0、dx为通过拟合获得参数。
[0021] 一种电缆附件硅橡胶老化诊断系统，所述系统基于上述的电缆附件硅橡胶老化诊断方法，包括超声波探头、超声波探头控制模块、数据采集模块以及数据处理模块，所述超声波探头与超声波探头控制模块的一端相连接，所述超声波探头控制模块的另一端与数据采集模块的一端相连接，数据采集模块另一端与数据处理模块相连接。
[0022] 优选的，所述系统还包括有水槽、所述超声波探头置于水槽中。
[0023] 优选的，所述系统还包括储存模块，所述储存模块与数据处理模块相连接。
[0024] 一种电缆附件硅橡胶老化诊断设备，所述设备包括处理器以及存储器；
[0025] 所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
[0026] 所述处理器用于根据所述程序代码中的指令上述的电缆附件硅橡胶老化诊断方法。
[0027] 从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
[0028] 本发明实施例通过超声波对电缆附件硅橡胶进行老化诊断，老化程度参数pad通过超声检测即可获得，不需要重新制备样品进行介电参数(相对介电参数和击穿强度)的测试，可在保证电缆附件橡胶件完整的情况下进行测试，从而实现电缆附件硅橡胶的无损评估。附图说明
[0029] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0030] 图1为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备的方法流程图。
[0031] 图2为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备的系统结构图。
[0032] 图3为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备的设备结构图。
[0033] 图4为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备电缆附件硅橡胶的超声波频谱各峰示意图。
[0034] 图5为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备不同老化时间下电缆附件硅橡胶的超声波频谱示意图。
[0035] 图6为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备的老化程度参数pad与介电参数的相关性。
具体实施方式
[0036] 本发明实施例提供了一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备，用于解决现有技术中对电缆附件硅橡胶进行老化检测时，存在着需要破坏电缆附件硅橡胶的技术问题。
[0037] 为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0038] 超声波传播的本质是超声波与介质分子之间的相互作用，超声波速度和超声波衰减等声学参数在很大程度上取决于介质内部的微观变化。例如，介质密度的变化将引起传播特性的变化(超声波速度的减小和超声波衰减的增加)。这些特征可用于检测材料特性的变化。在电缆接头橡胶绝缘层的运行或老化过程中，材料结构发生变化，从而引起材料特性的变化。以老化过程中绝缘层结构的变化为桥梁，通过对传播过程中的超声波信号进行处理和分析，可以得到超声波参数(如超声波频谱、超声波速度等)与绝缘层劣化特性之间的相关性。因此，利用超声波特性，能够非破坏性地检测和评估电缆接头绝缘层的劣化状态。
[0039] 对于超声波频谱分析，硅橡胶典型的超声波频谱如图4所示。测试电缆附件硅橡胶材料不同热老化程度样品发现，随着老化时间的增加，硅橡胶样品超声波频谱的DC分量逐渐减小，而四个峰值(峰值A，B，C，D)的振幅通常逐渐增加(见图5)，主峰频率(峰值A)有向高频移动的趋势。这些变化表明，电缆接头绝缘层的超声波谱在热老化过程中具有一定的变化规律和灵敏度，因此超声波谱数据可以间接表征电缆接头绝缘层的老化状态。
[0040] 参见图1，图1为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备的方法流程图。
[0041] 对电缆附件硅橡胶样品进行加速热老化，隔一段时间分别取样品进行介电常数、击穿场强测试，获得不同老化程度电缆附件硅橡胶样品对应的多组相对介电常数、击穿场强数值(实例：老化温度225℃，取样间隔时间120h，取样6次)。
[0042] 本发明提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法及系统，包括以下步骤：
[0043] 采用脉冲回波法对电缆附件硅橡胶进行超声波检测；
[0044] 采集电缆件硅橡胶反射回来的超声波信号，对超声波信号进行预处理；
[0045] 对经过预处理的超声波信号截取底面波B，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad；
[0046] 根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况。
[0047] 作为一个优选的实施例，所述对超声波信号进行预处理的方法为用数字示波器采样并数字化将超声波信号转化为数字信号。
[0048] 作为一个优选的实施例，对底面波B进行计算分析，得到老化程度参数pad的具体步骤如下：
[0049] 对底面波B进行幅值归一化处理，将其幅值归一化为[-1,1]；
[0050] 对归一化后的底面波B进行快速傅里叶变换，获得底面波B的频谱波形；
[0051] 获取频谱波形中的主峰fpeak以及DC直流分量fDC，由于DC直流分量不受超声传播介质的影响，可用于校准超声波谱的主峰A，基于主峰fpeak以及DC直流分量fDC得到老化程度参数pad。
[0052] 作为一个优选的实施例，老化程度参数pad的表达公式如下:
[0053]
[0054] 作为一个优选的实施例，根据老化程度参数pad判断电缆附件硅橡胶的老化情况的具体过程如下：获取老化程度参数pad与介电参数的关系，通过老化程度参数pad求得介电参数，根据介电参数判断电缆附件硅橡胶的老化情况。介电参数包括相对介电常数和击穿强度，两者是绝缘材料的两个主要的电性能参数，通过对相对介电常数和击穿强度的测量可以判断电气设备中绝缘的老化程度。
[0055] 作为一个优选的实施例，老化程度参数pad与介电参数的关系如下所示：
[0056]
[0057] 式中：x为pad，y为介电参数，A1、A2、x0、dx为通过拟合获得参数。
[0058] 图6显示了老化程度参数pad与介电参数(相对介电常数和击穿强度)之间的关系。通过使用MATLAB的最佳拟合，该关系满足玻尔兹曼分布，式(2)中系数的拟合结果如表所示。可以看出玻尔兹曼分布的拟合效果良好，表明硅橡胶热老化的相对介电常数和击穿强度可以通过老化程度参数pad间接表征，即可以由老化程度参数pad评估硅橡胶样品的老化状态。
[0059] 表1拟合参数值(基于实例数据拟合结果)
[0060] 参数 A1 A2 x0 dx相对介电常数 3.04 3.90 2.72 1.25
击穿强度 8242.33 22.98 -22.61 3.25
击穿强度 8242.33 22.98 -22.61 3.25
[0061] 将拟合获得A1、A2、x0、dx数值代入式(2)，即可获得当前硅橡胶材料不同老化程度下介电参数与老化表征参量pad的定量关系，对于同批次硅橡胶电缆附件产品，即可通过超声波测试获得老化表征参量pad，定量计算估测介电常数和击穿场强，进而诊断老化状态。
[0062] 参见图2，图2为本发明实施例提供的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法、系统以及设备的系统结构图。
[0063] 一种电缆附件硅橡胶老化诊断系统，所述系统基于上述的电缆附件硅橡胶老化诊断方法，包括超声波探头1、超声波探头控制模块2、数据采集模块3以及数据处理模块4，所述超声波探头1与超声波探头控制模块2的一端相连接，所述超声波探头控制模块2的另一端与数据采集模块3的一端相连接，数据采集模块3另一端与数据处理模块4相连接。
[0064] 进一步的，对系统的工作原理进行说明：
[0065] 将电缆附件硅橡胶5放置于超声波探头1下，本系统工作时，超声波探头控制模块2控制超声波探头1发射出固定频率的超声波，超声波传输至电缆附件硅橡胶5后发生反射，超声波探头1对反射回来的超声波进行采集，并将采集到的超声波数据传输至数据采集模块3，数据采集模块3将超声波数据发送到数据处理模块4中进行分析检测，从而判断出电缆附件硅橡胶5的老化情况。
[0066] 作为一个优选的实施例，所述系统还包括有水槽4、所述超声波探头1置于水槽4中，将水作为耦合剂，耦合剂的作用是作为介质传导超声信号，使采集到的信号更清晰。
[0067] 作为一个优选的实施例，所述系统还包括储存模块，所述储存模块与数据处理模块4相连接。
[0068] 如图3所示，一种电缆附件硅橡胶老化诊断设备30，所述设备包括处理器300以及存储器301；
[0069] 所述存储器301用于存储程序代码302，并将所述程序代码302传输给所述处理器；
[0070] 所述处理器300用于根据所述程序代码302中的指令执行上述的一种电缆附件硅橡胶老化诊断方法中的步骤。
[0071] 示例性的，所述计算机程序302可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器301中，并由所述处理器300执行，以完成本申请。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序302在所述终端设备30中的执行过程。
[0072] 所述终端设备30可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器300、存储器301。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是终端设备30的示例，并不构成对终端设备30的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
[0073] 所称处理器300可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
[0074] 所述存储器301可以是所述终端设备30的内部存储单元，例如终端设备30的硬盘或内存。所述存储器301也可以是所述终端设备30的外部存储设备，例如所述终端设备30上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器301还可以既包括所述终端设备30的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器301用于存储所述计算机程序以及所述终端设备所需的其他程序和数据。所述存储器301还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
[0075] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
[0076] 在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0077] 所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0078] 另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
[0079] 所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0080] 以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
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