CN103267937A - 硅橡胶复合绝缘子电老化的检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种硅橡胶复合绝缘子电老化的检测方法，包括如下步骤：（1）取运行线路硅橡胶复合绝缘子高压侧伞裙作为试样；（2）在试样表面进行显微拉曼光谱采集，以在2906cm^-1，2966cm^-1，3371cm^-1，3437cm^-1，3524cm^-1处是否存在明显的拉曼峰来判断试样的电老化程度。本发明的检测方法具有取样少、测试时间短、测试方法简单方便的优点；无需对试样进行复杂的处理便可完成检测；采用拉曼特征峰来作为分析硅橡胶复合绝缘子电老化的的工具，可以消除人为、环境等主观因素，提高了准确性。

Description

硅橡胶复合绝缘子电老化的检测方法

技术领域

本发明涉及分析检测领域，特别是涉及一种硅橡胶复合绝缘子电老化的检测方法。

背景技术

硅橡胶复合绝缘子以重量轻、机械强度高、憎水性和憎水迁移性强、耐污闪电压高、制造工艺简单、不测零值、维护简便等优势在国内外得到了广泛应用。目前我国挂网运行的复合绝缘子已经超过400万支，是世界上硅橡胶复合绝缘子使用量最大的国家之一。随着使用年限的增加，硅橡胶复合绝缘子伞裙材料的电老化导致寿命下降等问题逐渐成为电力系统关注的焦点。

硅橡胶材料在使用过程中不仅要受到环境气候条件的作用，还处于电场、污秽作用下，电因素对硅橡胶的老化作用更严重，速度也更快。硅橡胶在运行过程中放电或电弧放电产生的能量使周围空气中的氧气分解，产生活性氧原子，活性氧原子与空气中的氧气结合生成臭氧，而臭氧又是不稳定的，活性氧能量较大，超过900kJ/mol，可引起硅橡胶硅氧链的断裂，破坏硅橡胶的性能，且放电电弧的作用引起硅橡胶表面的局部高温和分子链的破坏，在硅橡胶表面形成导电的碳化通道，引发硅橡胶材料机械和电气性能的下降，且放电电弧烧蚀后材料有机物含量的减少和无机物含量的相对升高以及无机物质的裸露使硅橡胶表面的憎水性和憎水迁移性以及绝缘性能下降。

目前，绝缘子行业尽管提出了一些评价材料电老化程度的指标，譬如颜色变化、憎水性等，但可以看出，现有的评价指标主要是从绝缘子性能的变化来进行评判的，一方面某些特性需要在老化到一定程度才可以观察到，且大多数指标只能在老化进程加速到一定程度后才能作为诊断判据，对老化变化过程不够敏感，不利于老化的早期判断以及及时发现存在潜在危险的劣化绝缘子。同时，材料老化及失效的本质原因其实是其化学结构及微观结构受到了破坏，因此需要发展和完善以绝缘子的结构变化为评价标准、对其老化过程进行诊断与监测的新技术和方法。

发明内容

基于此，本发明的要解决的技术问题是提供一种检测硅橡胶复合绝缘子内部结构变化的检测方法。

具体的技术方案如下：

一种硅橡胶复合绝缘子电老化的检测方法，包括如下步骤：

（1）取运行线路硅橡胶复合绝缘子高压侧伞裙作为试样；

（2）在试样表面进行显微拉曼光谱采集，以在2906cm^-1，2966cm^-1，3371cm^-1，3437cm^-1，3524cm^-1处是否存在明显的拉曼峰来判断试样的电老化程度。

在其中一些实施例中，所述显微拉曼光谱的操作条件为：激光器波长为488～785nm；功率5～10mW（为了防止碳化，采用较小的功率）。

本发明的原理：

拉曼光谱在有机化学方面主要是用作结构鉴定和分子相互作用的手段，它与红外光谱互为补充，可以鉴别特殊的结构特征或特征基团。聚合物领域，拉曼光谱可提供聚合物材料结构方面的许多重要信息。如分子结构与组成、立体规整性、结晶与去向、分子相互作用，以及表面和界面的结构等。拉曼位移的大小、强度及拉曼峰形状是鉴定化学键、官能团的重要依据。未老化的硅橡胶复合绝缘子在2906cm^-1，2966cm^-1，3371cm^-1，3437cm^-1，3524cm^-1处有明显的拉曼峰，这些特征峰随着电老化会逐步消失，可以作为诊断电老化程度的一种依据，本发明采用显微拉曼光谱来研究硅橡胶绝缘子在老化过程中表面发生的变化。

本发明的优点和特点：

1.本发明具有取样少、测试时间短、测试方法简单方便的优点。

2.本测试无需对试样进行复杂的处理便可完成测试。

3.本发明采用拉曼特征峰来作为分析硅橡胶复合绝缘子电老化的的工具，可以消除人为、环境等主观因素，提高了准确性。

4.本发明可以用于硅橡胶复合绝缘子伞裙电老化的鉴别与评估以及运行线路中服役的硅橡胶复合绝缘子伞裙老化等级的鉴别和评价。

附图说明

图1为本发明显微拉曼光谱检测硅橡胶复合绝缘子伞裙电老化方法流程图；

图2为显微拉曼光谱测试电老化样品实例（1为硅橡胶复合绝缘子内部拉曼光谱（inside）；2为未处理硅橡胶复合绝缘子表面拉曼光谱（unwashed）；3为无水乙醇处理过的硅橡胶复合绝缘子表面拉曼光谱（washed））；

图3为显微拉曼光谱检测硅橡胶复合绝缘子伞裙电老化分级示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做进一步的阐述。

本发明实施例硅橡胶复合绝缘子伞裙电老化鉴别方法流程图如图1所示。下面对该方法作进一步说明。

一.对显微拉曼光谱实验的说明

1.从运行线路的硅橡胶复合绝缘子高压侧伞裙割下一小块作为试样，试样选取带有放电中心（即放电中心部分外观呈黑色）的部分，将其上表面的一块不小于4cm×4cm的薄片切出，要求厚度均匀不影响激光聚焦。

2.将试样放置在激光拉曼光谱仪测试区，通过逐步聚焦，选用100倍的目镜调整到能清楚看清样品均匀的表面。

3.选择488nm的激光器，调整功率输出为5mW，对样品进行激光测试。在样品表面选取4个点（1、2、3、4），1为放电的中心点，2,3,4分别为距离中心点5mm、10mm以及15mm，对着四个点分别进行拉曼光谱采集。

4.对试样进行处理，包括取内部的硅橡胶，用无水乙醇清洗了表面。inside表示的是橡胶内部，washed是用无水乙醇清洗过的表面，而unwashed则是没有进行任何处理的绝缘子表面。对这三种样品进行拉曼测试，通过对比其拉曼光谱的峰位置、峰强度来判断电老化的程度（参见图2）。

二.对结果分析的说明

1.由于未破坏的硅橡胶拉曼峰值位于2906，2966，3371，3437，3524cm^-1。电老化是由中心的放电点向周围逐步扩散的，通过判断1、2、3、4四个表面微区的拉曼信号，便可以得到该试样老化程度的信息。具体分级为I、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ，I：距放电中心小于15mm的区域都有明显拉曼信号；Ⅱ：距放电中心大于5mm的区域才有明显拉曼信号；Ⅲ：距放电中心大于10mm的区域才有明显拉曼信号；Ⅳ：距放电中心大于15mm的区域才有明显拉曼信号（如图3所示）。

通过对本实施例样品的检测点（1、2、3及4）进行拉曼光谱采集发现本实施例试样在距离中心点5mm以外的区域都有拉曼峰信号，判断为Ⅱ级老化样品。

2.拉曼光谱是一种表面表征技术，入射深度在微米量级，未经清洗的表面硅橡胶的拉曼信号被部分或者完全掩盖了。可以用拉曼光谱观察硅橡胶绝缘子的表面老化及其生成的老化产物。对试样进行处理，包括取内部的硅橡胶，用无水乙醇清洗了表面。inside表示的是橡胶内部，washed是用无水乙醇清洗过的表面，而unwashed则是没有进行任何处理的绝缘子表面。对这三种样品进行拉曼测试，通过对比其拉曼光谱的峰位置、峰强度，结合拉曼光谱学的标准谱图来判断硅橡胶复合绝缘子的电老化程度（参见图2）。

从图2可以看出，硅橡胶复合绝缘子内部的拉曼光谱表明该试样内部的硅橡胶特征峰明显，表明内部的硅橡胶尚未老化；未处理硅橡胶复合绝缘子表面拉曼光谱的特征峰模糊，表明表面硅橡胶已经老化，硅橡胶的内部结构发生了变化；无水乙醇处理过的硅橡胶复合绝缘子表面拉曼光谱的特征峰强度不如绝缘子内部的拉曼特征峰，表明硅橡胶复合绝缘子的表面存在老化产物，其表面已经开始老化。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (2)

1.一种硅橡胶复合绝缘子电老化的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）取运行线路硅橡胶复合绝缘子高压侧伞裙作为试样；

（2）在试样表面进行显微拉曼光谱采集，以在2906cm^-1，2966cm^-1，3371cm^-1，3437cm^-1，3524cm^-1处是否存在明显的拉曼峰来判断试样的电老化程度。

2.根据权利要求1所述的硅橡胶绝缘子电老化的检测方法，其特征在于，所述显微拉曼光谱的操作条件为：激光器波长为488～785nm；功率5～10mW。

Images