CN103558234B - 检测复合绝缘子伞裙老化的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种检测复合绝缘子伞裙老化的方法，包括以下步骤：选取复合绝缘子高压侧伞裙作为试样；对所述试样进行慢正电子束测量，得到随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱；采集所述多普勒宽谱的S参数；判断所述S参数是否在预设参数范围之内；若是，则所述复合绝缘子伞裙老化。上述检测方法取样少，测试方法简单方便，并且对物质的缺陷信息十分敏感，可以作为硅橡胶表面结构的扫描探针，用于复合绝缘子伞裙老化早期鉴别与评估。

Description

检测复合绝缘子伞裙老化的方法

技术领域

本发明涉及电力设备领域，特别是涉及检测复合绝缘子伞裙老化的方法。

背景技术

复合绝缘子在我国大多数地区已经得到广泛的应用，它具有重量轻，机械强度高，憎水性强，耐污闪性能好，不测零值等优点，目前我国已有近1000万支复合绝缘子在各地不同电压等级的线路上运行，使用量位居世界第二，成为我国解决污秽绝缘的主要手段之一。然而，随着使用年限的增加，复合绝缘子硅橡胶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。

复合绝缘子在运行中会受到电气，机械和环境等因素的综合影响，随着运行时间的增长，不同地区运行的复合绝缘子会出现憎水性下降、伞裙变色、变硬变脆、粉化、开裂、漏电起痕或端部密封失效以及不明原因闪络等现象。复合绝缘子在长期带电及受户外环境因素作用下的老化问题引起复合绝缘子生产、运行和科研部门的高度关注。

由于复合绝缘子有着优异的憎水恢复性，在复合绝缘子的早期老化阶段，其表面并不能观察到明显的颜色变化以及结构性的破坏，甚至其疏水性性能也未发现下降，但实际上其表面已经有老化行为的发生，而现存的其他的检测手段无法很好的表征复合绝缘子伞裙老化行为。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够检测复合绝缘子伞裙老化的方法。

一种检测复合绝缘子伞裙老化的方法，包括以下步骤：

选取复合绝缘子高压侧伞裙作为试样；

对所述试样进行慢正电子束测量，得到随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱；

采集所述多普勒宽谱的S参数；

判断所述S参数是否在预设参数范围之内；

若是，则所述复合绝缘子伞裙老化。

在其中一个实施例中，确认所述复合绝缘子伞裙老化的步骤之后还有计算老化层厚度的步骤，具体操作为：

采集位于所述预设参数范围内的S参数；

获取第一次出现在所述预设参数范围内的第一S参数数值和最后一次出现在所述预设参数范围之内的第二S参数数值；

采集所述第一S参数数值和所述第二S参数数值分别对应的正电子入射能量，得到第一正电子入射能量和第二正电子入射能量；

根据所述第一正电子入射能量和所述第二正电子入射能量，依据Z_m＝(40×10³/ρ)E₊ ^1.6计算正电子平均入射深度，得到第一正电子平均入射深度和第二正电子平均入射深度；

其中，所述Z_m为正电子平均入射深度，所述ρ为所述复合绝缘子伞裙的密度，所述E₊为正电子入射能量；

计算所述第二正电子平均入射深度与所述第一正电子平均入射深度的差值，得到的差值为老化层的厚度。

在其中一个实施例中，所述老化层为硅氧层。

在其中一个实施例中，所述预设参数范围为0.48-0.49。

在其中一个实施例中，根据所述多普勒宽谱的S参数的变化趋势将所述复合绝缘子高压侧伞裙分为表层、界面层和体层。

上述检测复合绝缘子伞裙老化的方法，基于正电子在更加致密的结构中的湮没，获取试样随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱，计算得到复合绝缘子表面随深度变化的自由体积信息，从而获取复合绝缘子伞裙的老化行为。上述方法取样少，测试方法简单方便。慢正电子束技术可以控制正电子注入材料的深度，对物质的缺陷信息十分敏感，可以作为硅橡胶表面结构的扫描探针，用于复合绝缘子伞裙老化早期鉴别与评估。

附图说明

图1为一实施方式的检测复合绝缘子伞裙老化的流程图；

图2为一实施方式的复合绝缘子随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱；

图3为一实施方式的未老化的复合绝缘子随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

从材料科学的角度来说，材料的结构决定性能。复合绝缘子硅橡胶的性能与其化学组成、微观聚集体结构以及表界面状态等密切相关，硅橡胶绝缘子的老化失效也往往伴随着绝缘子微观结构的改变、化学成份的变化等，因此从结构特征变化角度来发展绝缘子老化失效的诊断和监测技术是可行的。

如图1所示，一实施方式的检测复合绝缘子伞裙老化的方法，包括以下步骤：

步骤S110，选取复合绝缘子高压侧伞裙作为试样。硅橡胶复合绝缘子又称合成绝缘子，其是由玻璃纤维环氧树脂引拔棒、硅橡胶伞裙和金具三部分组成。在本实施方式中，取一运行样，沿平行于复合绝缘子表面方向的切片作为试样，样品规格为2×2×1cm³，试样的表面无需任何处理。

步骤S120，对试样进行慢正电子束测量，得到随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱。在一实施方式中，获取多普勒宽谱的具体操作为：

将试样放入慢正电子束样品仓内，进行基于慢正电子束的多普勒展宽谱测量，其中正电子的入射电压为0-25keV，正电子入射的面为复合绝缘子试样的外表面。

步骤S130，采集多谱勒宽谱的S参数。S参数是用来表征多普勒展宽，其是表示中心区域的峰计数与峰总计数之比。S参数的峰可定性表征试样的缺陷状况，当缺陷增多时，多普勒展宽曲线变窄，S参数增大。在一实施方式中，根据样品的表面状况，可收集到处于不同数值范围的S参数。

步骤S140，判断S参数是否在预设参数范围之内，若是，则复合绝缘子伞裙老化。当复合绝缘子发生老化时，其表面的化学成分会发生变化，老化层的S参数即为预设参数，其中，预设参数的获取可以根据已经发生老化的复合绝缘子进行慢正电子束测量得到。

在一实施方式中，当复合绝缘子发生老化时，其表面会有硅氧层形成，因此，老化层即为硅氧层。选择已经老化的复合绝缘子伞裙进行慢正电子束测量，获取此时复合绝缘子的老化层的S参数，即为预设参数。可以理解的是，选择的硅橡胶材料不同，预设参数的数值也会不同。在本实施方式中，老化层为硅氧层，其成分SiO₂，测量得到的预设参数的数值为0.48，这与文献中纯SiO₂的S参数特征值相近。如果测量得到的S参数有位于0.48左右的，例如S参数位于0.48-0.49之间，则说明复合绝缘子伞裙出现了老化现象。

在一实施方式中，确认复合绝缘子伞裙老化的步骤之后还有计算老化层厚度的步骤，具体操作为：

采集位于预设参数范围之内的S参数。在测量的过程中，测得的老化层的S参数的数值可能有多个，将这些S参数的数值收集起来。例如，如图2所示，在本实施方式中，位于0.48-0.49之间的S参数有5个，收集这5个S参数的数值。

获取第一次出现在预设参数范围内的第一S参数数值和最后一次出现在预设参数范围之内的第二S参数数值。由于老化层S参数的有多个，在本实施方式中，采集第一次出现0.48-0.49之间的S参数和最后一次出现在0.48-0.49之间的S参数。

采集第一S参数数值和第二S参数数值分别对应的正电子入射能量，得到第一正电子入射能量和第二正电子入射能量。

根据第一正电子入射能量数值和第二正电子入射能量数值，依据Z_m＝(40×10³/ρ)E₊ ^1.6计算正电子平均入射深度，得到第一正电子平均入射深度Z₁和第二正电子平均入射深度Z₂；其中，Z_m为正电子平均入射深度，E₊为正电子入射能量，ρ为复合绝缘子伞裙的密度，硅橡胶的密度为0.9-1.2g/cm³，当材料确定时，该材料的密度也是确定的，在使用时采用本领域常用方法测量该材料的具体密度即可。在一实施方式中，采集第一次出现在预设参数范围之内的S参数数值，根据S参数数值得到对应的正电子入射能量数值，进而根据这个正电子入射能量数值得到正电子平均入射深度，得到的数值为老化层的起始位置的深度，即第一正电子平均入射深度Z₁；采集最后出现在预设参数范围之内的S参数数值，根据S参数数值得到对应的正电子入射能量数值，进而根据这个正电子入射能量数值得到正电子平均入射深度，得到的数值为老化层的终止位置的深度，即第二正电子平均入射深度Z₂。

如图2所示，在本实施方式中，老化层中出现的第一个S参数数值即第一S参数数值，其对应的入射电压为1.0keV，根据Z_m＝(40×10³/ρ)E₊ ^1.6可以计算出其对应的入射深度，即第一正电子平均入射深度Z₁，其对应的是老化层的起始点；最后一次出现在老化层的S参数数值即第二S参数数值，其对应的入射电压为2.0keV，根据Z_m＝(40×10³/ρ)E₊ ^1.6可计算出其对应的入射深度，即第二正电子平均入射深度Z₂，其对应的是老化层的终止点。

计算第二正电子平均入射深度Z₂与所述第一正电子平均入射深度Z₁的差值，得到的差值为老化层的厚度。在本实施方式中，老化层的厚度为Z=Z₂-Z₁。由老化层的厚度可以判定复合绝缘子的老化程度，老化层的厚度随老化加剧而变大。

在一实施方式中，根据多普勒宽谱的S参数的变化趋势将复合绝缘子高压侧伞裙分为表层、界面层和体层。由于复合绝缘子表面的化学环境与结构与体内未经老化的部分相比，会有很大的不同，而慢正电子束对物质的缺陷信息十分敏感，其反应出来的S参数的变化趋势也会不同，基于这一点，将复合绝缘子伞裙进行分层。

如图2所示，其表示的是已经发生老化的复合绝缘子伞裙的多普勒展宽谱，即S-E曲线，从左自右，S-E曲线可以分为三个阶段，即快速上升区，归结为表层；下降区，归结为界面层；平缓区，归结为体层。

由图2中可以看到，处于表层的S参数处于低值水平，这归结于正电子在更加致密的结构中的湮没，说明表面产生了硅氧层，即老化层，体现在图2上就是出现了S参数在0.48附近的S参数。在快速上升过程中，S参数的峰值接近0.56，相比于图3中未经老化的复合绝缘子的S-E曲线，图2中S参数的峰值高于图3中未老化的复合绝缘子伞裙的S参数峰值的水平（0.53），这说明在老化样品中，除了在表面产生了硅氧层之外，在硅氧层之下，也就是界面层，有大量的小分子量的硅橡胶分子堆积。平缓区，S参数趋于饱和状，体现出来的就是一条直线。老化样品中体层的S参数与未老化样品中的S参数基本一致，这说明老化未发生在体内，而只在表面发生。

采集图2中S参数处于0.48附近的S参数，并收集对应的正电子入射能量数值范围，根据Z_m＝(40×10³/ρ)E₊ ^1.6计算正电子平均入射深度，得到正电子入射深度的数值范围，正电子入射深度数值范围端点值的差值就是老化层的厚度，在本实施方式中，老化层的厚度为80nm。

上述检测复合绝缘子伞裙老化的方法，基于核物理中正电子湮没谱学，分析复合绝缘子表层的老化行为，鉴别和评估复合绝缘子的早期老化行为，而且还可以根据计算估算老化层的厚度，从而判断复合绝缘子的老化程度。

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 (4)

1.一种检测复合绝缘子伞裙老化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

选取复合绝缘子高压侧伞裙作为试样；

对所述试样进行慢正电子束测量，得到随正电子入射能量分布的多普勒展宽谱；

采集所述多普勒宽谱的S参数；

判断所述S参数是否在预设参数范围之内；

若是，则所述复合绝缘子伞裙老化，

确认所述复合绝缘子伞裙老化的步骤之后还有计算老化层厚度的步骤，具体操作为：

采集位于所述预设参数范围内的S参数；

获取第一次出现在所述预设参数范围内的第一S参数数值和最后一次出现在所述预设参数范围之内的第二S参数数值；

采集所述第一S参数数值和所述第二S参数数值分别对应的正电子入射能量，得到第一正电子入射能量和第二正电子入射能量；

根据所述第一正电子入射能量和所述第二正电子入射能量，依据Z_m＝(40×10³/ρ)E₊ ^1.6计算正电子平均入射深度，得到第一正电子平均入射深度和第二正电子平均入射深度；

其中，所述Z_m为正电子平均入射深度，所述ρ为所述复合绝缘子伞裙的密度，所述E₊为正电子入射能量；

计算所述第二正电子平均入射深度与所述第一正电子平均入射深度的差值，得到的差值为老化层的厚度。

2.根据权利要求1所述的检测复合绝缘子伞裙老化的方法，其特征在于，所述老化层为硅氧层。

3.根据权利要求1所述的检测复合绝缘子伞裙老化的方法，其特征在于，所述预设参数范围为0.48-0.49。

4.根据权利要求1-3任一项所述的检测复合绝缘子伞裙老化的方法，其特征在于，根据所述多普勒宽谱的S参数的变化趋势将所述复合绝缘子高压侧伞裙分为表层、界面层和体层。