一种车载电缆终端内部故障热源检测方法

技术领域

本发明涉及车载电缆终端故障分析领域，具体涉及一种车载电缆终端内部故障热源检测方法。

背景技术

车载电缆终端是高速列车高压系统的重要组成部件，其位于车载高压电缆的首段与末端，担负着将电能从电网传输到车内牵引变压器的作用，是连接车载高压电缆与用电设备的重要“桥梁”，其良好的服役性能是保障高速列车安全、稳定运行的必要条件。

然而，车载电缆终端内部绝缘结构复杂，采用多层包覆结构，内部电场畸变比较严重，容易受到施工工艺、车体振动、环境温度骤变等外界因素的干扰而出现绝缘故障，是列车高压系统中较为薄弱的环节。近年来，随着社会与国民经济的发展，列车运行速度和牵引功率大幅提升，车载电缆终端受冲击电压加剧，导致内部绝缘缺陷扩展、发热，从而引发电缆终端爆炸导致行车事故。因此，及时、准确地检测车载电缆终端内部故障热源是有效防止电缆终端故障的关键，对保障高速列车安全可靠的运行具有重要意义。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种车载电缆终端内部故障热源检测方法实现了对车载电缆终端内部故障热源的定量检测。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种车载电缆终端内部故障热源检测方法，其包括以下步骤：

S1、根据车载电缆终端结构参数，确定车载电缆终端每层结构的径向厚度及热传导系数；

S2、将车载电缆终端等效成单层传热模型，根据车载电缆终端每层结构的径向厚度及热传导系数确定该单层传热模型的等效热传导系数；

S3、获取并对车载电缆终端的表面温度分布图像进行滤波，得到滤波后的图像；

S4、获取滤波后的图像中一维曲线温度分布，并求取一维曲线温度的二阶微分分布、四阶微分分布和六阶微分分布；

S5、提取一维曲线温度的二阶微分分布、四阶微分分布和六阶微分分布的主峰峰值，根据等效热传导系数和主峰峰值确定载电缆终端故障热源的热源强度，完成内部故障热源检测。

进一步地，步骤S1中车载电缆终端结构包括缆芯、内半导体层、主绝缘层、应控管、外半导体层、热缩绝缘管、外屏蔽层、护套层和伞裙。

进一步地，步骤S2中单层传热模型的等效热传导系数的表达式为：

其中λ

进一步地，步骤S3的具体方法为：

通过红外热像仪获取车载电缆终端的表面温度分布图像，采用平滑滤波器对表面温度分布图像进行滤波，得到滤波后的图像。

进一步地，步骤S4的具体方法为：

选取滤波后的图像中温度最高点的水平线，得到一维曲线温度分布，求取一维曲线温度的二阶微分分布、四阶微分分布和六阶微分分布。

进一步地，步骤S5的具体方法为：

根据公式：

获取热源强度Q；其中F

本发明的有益效果为：本发明首先根据车载电缆终端的结构参数，获取车载电缆终端单层等效结构的等效热传导系数，然后获取车载电缆终端滤波后的表面温度分布图像，通过红外图像处理软件截取温度最高点处的一维曲线温度分布，并求取其二阶、四阶、六阶微分分布的主峰峰值，最后，通过等效热传导系数和主峰峰值，计算内部故障热源的热源强度。本发明实现了车载电缆终端内部故障热源的定量检测，是一种快速、精准的车载电缆终端内部故障热源检测方法，有利于保障电缆终端的安全、稳定运行。

附图说明

图1为本方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的内含故障热源的车载电缆终端简化等效模型构建过程示意图；

图3为本发明实施例提供的故障热源传热模型结构示意图；

图4为本发明实施例提供的曲线温度二阶、四阶、六阶微分分布图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该车载电缆终端内部故障热源检测方法包括以下步骤：

S1、根据车载电缆终端结构参数，确定车载电缆终端每层结构的径向厚度及热传导系数；

S2、将车载电缆终端等效成单层传热模型，根据车载电缆终端每层结构的径向厚度及热传导系数确定该单层传热模型的等效热传导系数；

S3、获取并对车载电缆终端的表面温度分布图像进行滤波，得到滤波后的图像；

S4、通过红外图像处理软件获取滤波后的图像中一维曲线温度分布，并求取一维曲线温度的二阶微分分布、四阶微分分布和六阶微分分布；

S5、提取一维曲线温度的二阶微分分布、四阶微分分布和六阶微分分布的主峰峰值，根据等效热传导系数和主峰峰值确定载电缆终端故障热源的热源强度，完成内部故障热源检测。

步骤S1中车载电缆终端结构包括缆芯、内半导体层、主绝缘层、应控管、外半导体层、热缩绝缘管、外屏蔽层、护套层和伞裙。

步骤S2中单层传热模型的等效热传导系数的表达式为：

其中λ

步骤S3的具体方法为：通过红外热像仪获取车载电缆终端的表面温度分布图像，采用平滑滤波器对表面温度分布图像进行滤波，得到滤波后的图像。

步骤S4的具体方法为：选取滤波后的图像中温度最高点的水平线，得到一维曲线温度分布，求取一维曲线温度的二阶微分分布、四阶微分分布和六阶微分分布。

步骤S5的具体方法为：根据公式：

获取热源强度Q；其中F

在本发明的一个实施例中，如图2(a)、图2(b)、图2(c)和图2(d)所示，根据车载电缆终端结构特点，将多层包覆结构简化为多层柱状模型，确定多层柱状模型中各层的径向厚度及导热系数，具体数值如表1所示。

表1：各层结构物性参数

根据表1，等效单层柱状模型的厚度为0.31m，单层等效导热系数为0.421。如图3所示，以单层柱状等效模型为例，故障热源位于原点O处，其发热强度为Q，到模型表面距离为h，模型等效导热系数为λ

其中r表示模型表面上P点到原点的距离。

在直角坐标系中，表面温度表达式为：

对于表面x＝0的切线温度，构造功能函数f(z)：

f(z)的二阶、四阶、六阶微分函数为：

其中f

令热源强度Q为2W，等效导热系数λ

由此可得：

进而可以通过公式

综上所述，本发明本发明首先根据车载电缆终端的结构参数，获取车载电缆终端单层等效结构的等效热传导系数，然后获取车载电缆终端滤波后的表面温度分布图像，通过红外图像处理软件截取温度最高点处的一维曲线温度分布，并求取其二阶、四阶、六阶微分分布的主峰峰值，最后，通过等效热传导系数和主峰峰值，计算内部故障热源的热源强度。本发明实现了车载电缆终端内部故障热源的定量检测，有利于保障电缆终端的安全、稳定运行。