本發(fā)明屬于絕緣子污穢等級(jí)檢測(cè)與評(píng)估領(lǐng)域，具體涉及基于泄漏電流和優(yōu)化spd圖像的車載絕緣子污穢等級(jí)評(píng)估方法。

背景技術(shù)：

1、車載絕緣子是動(dòng)車組高壓設(shè)備的關(guān)鍵部件，主要為線路提供支撐和絕緣，有效地確保了動(dòng)車組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。與電網(wǎng)中的固定絕緣子相比，由于動(dòng)車組的高速運(yùn)動(dòng)和復(fù)雜的運(yùn)行路線，動(dòng)車組中的車載絕緣子更容易受到各種污染物的污染，導(dǎo)致其絕緣性能持續(xù)下降。隨著污染狀態(tài)的增加，嚴(yán)重污染的絕緣子可能會(huì)在潮濕、小雨或濃霧中引發(fā)表面閃絡(luò)。因此，保持車載絕緣子表面清潔或低污穢水平對(duì)于確保動(dòng)車組的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

2、關(guān)于絕緣子的污穢等級(jí)，國(guó)標(biāo)gb/t16434-1996提供了基于等效鹽沉積密度(esdd)的明確分類標(biāo)準(zhǔn)。不幸的是，esdd的測(cè)量是一個(gè)復(fù)雜而耗時(shí)的過程，主要適用于實(shí)驗(yàn)室研究，這使得在現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估絕緣子的污穢等級(jí)變得困難，特別是考慮到動(dòng)車組的維護(hù)時(shí)間有限和大量的車載絕緣子需要檢測(cè)和評(píng)估。由于難以確定車載絕緣子的污穢等級(jí)，目前的方法涉及列車進(jìn)入車輛段后的常規(guī)擦拭工作。一般來說，鐵路部門在惡劣天氣下每天執(zhí)行一次這項(xiàng)任務(wù)，在正常天氣下每三天或一周執(zhí)行一次。這是一種被動(dòng)措施，以確保車載絕緣子的安全運(yùn)行，從而導(dǎo)致巨大的材料和勞動(dòng)力成本。

3、因此，探究車載絕緣子污穢狀態(tài)的在線智能檢測(cè)與評(píng)估方法，有利于工作人員快速制定檢修策略，同時(shí)最大程度上減小因絕緣子污穢等級(jí)過高對(duì)列車帶來的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、車載絕緣子與其泄漏電流有著密切的關(guān)系，已經(jīng)證明通過提取泄漏電流的特征參數(shù)可以有效地分析絕緣子的污穢程度。這些常用的參數(shù)包括泄漏電流的三次諧波含量與五次諧波含量的比值、泄漏電流的趨勢(shì)波動(dòng)分析和諧波分量等。然而，絕緣體的泄漏電流在笛卡爾坐標(biāo)系中是一維時(shí)域信號(hào)。由于泄漏電流信號(hào)的隨機(jī)性和非平穩(wěn)性，僅分析其時(shí)域或頻域信息難以充分反映絕緣子的污穢狀態(tài)。

2、為了更加快速、準(zhǔn)確的評(píng)估車載絕緣子的污穢等級(jí)，本發(fā)明提供了基于泄漏電流和優(yōu)化spd圖像的車載絕緣子污穢等級(jí)評(píng)估方法。

3、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

4、第一步：制作不同污穢等級(jí)下的絕緣子樣本

5、在實(shí)驗(yàn)室下采用“固體層法”進(jìn)行絕緣子人工染污實(shí)驗(yàn)，制作不同等效鹽沉積密度的絕緣子樣本，記為s1～s5，其等效鹽沉積密度分別設(shè)置為0、0.03、0.06、0.10和0.25，分別對(duì)應(yīng)于無污染、輕度污染、中度污染、重度污染、嚴(yán)重污染五種情況；

6、第二步：測(cè)量絕緣子樣本的泄漏電流時(shí)域信號(hào)并進(jìn)行歸一化處理

7、采用階梯升壓法在絕緣子高壓側(cè)施加電壓直至達(dá)到工作電壓25kv，將高精度電流互感器嵌套在絕緣子底座，并將其輸出與示波器連接以測(cè)量得到絕緣子樣本含有n個(gè)采樣點(diǎn)的泄漏電流信號(hào)，記為y＝(y1,y2,…,yi,…,yn)，并按照下式進(jìn)行歸一化處理：

8、

9、式中，y'是歸一化后的泄漏電流信號(hào)，ymax與ymin分別為時(shí)序信號(hào)y的最大值和最小值；

10、第三步：對(duì)泄漏電流進(jìn)行變分模態(tài)分解，得到六個(gè)不同的本征模態(tài)分量

11、對(duì)歸一化后的絕緣子泄漏電流信號(hào)進(jìn)行變分模態(tài)分解，其中，模態(tài)個(gè)數(shù)k設(shè)置為6，二次懲罰因子α設(shè)置為1000，然后得到6個(gè)能夠表征絕緣子污穢狀態(tài)的本征模態(tài)分量，分別記為imf1～imf6，分解后的泄漏電流可以表示為：

12、

13、其中，r(t)是經(jīng)過vmd分解后的信號(hào)殘余分量；

14、第四步：獲取不同絕緣子樣本的優(yōu)化spd圖像

15、在起始角度、繪圖增益和時(shí)滯系數(shù)分別設(shè)置為60°、18°和0.1*n的參數(shù)配置下，使用點(diǎn)對(duì)稱變換方法將imf1～imf6轉(zhuǎn)換到一個(gè)極坐標(biāo)系中，該極坐標(biāo)系中鏡像對(duì)稱平面的數(shù)量為6個(gè)，分別對(duì)應(yīng)于6個(gè)不同模態(tài)分量的數(shù)據(jù)；對(duì)每個(gè)絕緣子樣本實(shí)施該項(xiàng)操作，得到5個(gè)不同污穢等級(jí)下的優(yōu)化spd圖像，分別記為圖像a1～a5；

16、第五步：獲取待測(cè)絕緣子的優(yōu)化spd圖像并計(jì)算污穢相關(guān)系數(shù)

17、對(duì)于一個(gè)待測(cè)絕緣子，重復(fù)步驟二至步驟四的操作，得到該絕緣子的優(yōu)化spd圖像，記為圖像b，計(jì)算得到圖像b與圖像a1～a5的污穢相關(guān)系數(shù)記為cc1-cc5，污穢相關(guān)系數(shù)的計(jì)算公式為：

18、

19、式中，cc(a,b)表示圖像a與圖像b的污穢相關(guān)系數(shù)；m和n分別為優(yōu)化sdp圖像矩陣的行數(shù)和列數(shù)；amn和bmn分別為圖像a和圖像b的二值圖像中的元素；和分別為圖像矩陣a和b中所有元素的均值；cc(a,b)的大小反映了待分析值和參考值之間的相似程度，其絕對(duì)值在0-1之間，cc(a,b)值越大表示圖像a和b越相似；

20、第六步：根據(jù)污穢相關(guān)系數(shù)，判斷車載絕緣子的污穢等級(jí)

21、分析待測(cè)值和參考值之間的相似程度，在cc1-cc5中找出最大值，即判定待測(cè)絕緣子的污穢等級(jí)與該樣本的污穢等級(jí)一致。

22、本發(fā)明的有益效果在于，通過對(duì)絕緣子泄漏電流進(jìn)行變分模態(tài)分解并轉(zhuǎn)換成優(yōu)化后的spd圖像，然后分析待測(cè)絕緣子和參考值之間的相似程度，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)車載絕緣子污穢等級(jí)的準(zhǔn)確識(shí)別。與常規(guī)的需要在實(shí)驗(yàn)室下進(jìn)行esdd測(cè)量的污穢等級(jí)評(píng)估方法不同，本文方法簡(jiǎn)單高效，可以在不停電的情況下進(jìn)行污穢等級(jí)的準(zhǔn)確評(píng)估，有利于鐵路管理部門及時(shí)掌握車載絕緣子污穢狀態(tài)，對(duì)于保證動(dòng)車組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

技術(shù)特征：

1.基于泄漏電流和優(yōu)化spd圖像的車載絕緣子污穢等級(jí)評(píng)估方法，其特征在于：測(cè)量被測(cè)絕緣子的泄漏電流并將其轉(zhuǎn)換為優(yōu)化spd圖像，通過以下步驟評(píng)估車載絕緣子的污穢等級(jí)：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于泄漏電流和優(yōu)化SPD圖像的車載絕緣子污穢等級(jí)評(píng)估方法，該方法主要適用于動(dòng)車組車載絕緣子污穢等級(jí)的快速準(zhǔn)確評(píng)估。該方法的具體步驟為：(1)制作不同污穢等級(jí)下的絕緣子樣本；(2)測(cè)量絕緣子樣本的泄漏電流時(shí)域信號(hào)并進(jìn)行歸一化處理；(3)對(duì)泄漏電流進(jìn)行變分模態(tài)分解，得到六個(gè)不同的本征模態(tài)分量；(4)獲取不同絕緣子樣本的優(yōu)化SPD圖像；(5)獲取待測(cè)絕緣子的優(yōu)化SPD圖像并計(jì)算污穢相關(guān)系數(shù)；(6)根據(jù)污穢相關(guān)系數(shù)，判斷車載絕緣子的污穢等級(jí)。該方法簡(jiǎn)單高效，可以在不停電的情況下對(duì)車載絕緣子污穢等級(jí)進(jìn)行準(zhǔn)確快速評(píng)估，對(duì)減小因絕緣子污穢等級(jí)過高而導(dǎo)致的列車風(fēng)險(xiǎn)具有重要意義。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣偉輝,周利軍,盧卓文,喻安星,王東陽
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西南交通大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9