CN103674774B - 一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，包括以下步骤：（1）、将被检测的盆式绝缘子放置在旋转平台上，采用工业射线层析检测技术，射线垂直于盆式绝缘子轴线透照，获得盆式绝缘子圆环状层析图像；（2）、将圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，每个扇形按照共同圆心的径向等间距划分为扇形网格区域，得出整个圆环状层析图像的灰度平均值、每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，（3）、统计出密度最大点、密度最小点、密度变化率最大区域。通过此方法可以准确、有效的评价盆式绝缘子的密度均匀性，实现整体评价，检测速度快，提高电网安全运行水平。

Description

一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法

技术领域

本发明涉及一种超高压和特高压电网中的GIS（金属绝缘金属封闭开关），尤其涉及一种涉及用于检测GIS盆式绝缘子密度均匀性测试方法。

背景技术

GIS中文全称为金属绝缘金属封闭开关，是现代电网的核心部件。GIS部件由中心导体及操作件、壳体、盆式绝缘子组成，内部空间充六氟化硫气体绝缘气体。如图1所示，盆式绝缘子为盆式结构，上部中心镶嵌圆柱状导体，下盆沿突出部位是绝缘盆和GIS筒体连接部位。1000kV线路盆式绝缘子厚度一般60mm-90mm之间，盆高在300mm-400mm之间；500kV盆式绝缘子厚度一般在40mm-70mm之间，盆高在250mm-350mm之间；500kV以下盆式绝缘子厚度一般在25mm-40mm之间，盆高在200mm-400mm之间。盆式绝缘子是复合材料，由环氧树脂和氧化铝粉机械混合搅拌，在金属模具内真空浇铸成型，经过二次固化，氧化铝颗粒在环氧树脂中形成“岛状”结构，主要缺陷为裂纹、气孔、夹杂物、绝缘盆密度不均匀造成的应力破坏以及中心柱状导体和绝缘盆之间粘结不良。在特高压电网线路中使用的盆式绝缘子由于尺寸大，厚度大，固化温度和固化工艺影响下，氧化铝和环氧树脂聚集程度存在差异，因而形成了盆式绝缘子不同部位的密度差异，这种密度差异的存在是盆式绝缘子形成内部应力的主要原因。当盆式绝缘子密度均匀性较差时，局部内应力过大，造成使用中盆式绝缘子开裂形成气体间隙，空气间隙被高压击穿，释放大量热能，造成盆式绝缘子烧毁，导致整个线路发生停电事故。

目前，国际国内测试盆式绝缘子密度均匀性的方法主要是杨氏模量测试法，通过测试盆式绝缘子不同部位的杨氏模量，得出不同部位的杨氏模量差值，来间接反映工件的均匀性。杨氏模量测试方法是逐点测试，测试数据局限性大，效率低。而且测试需要接触工件表面，影响工件表面光洁度，容易诱发运行中的放电击穿。

发明内容

本发明的目的是提供一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，能够准确、有效的评价盆式绝缘子的密度均匀性，检测速度快，提高电网安全运行水平。

本发明采用下述技术方案：一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，包括以下步骤：（1）、将被检测的盆式绝缘子放置在旋转平台上，采用工业射线层析检测技术，射线垂直于盆式绝缘子轴线透照，获得盆式绝缘子圆环状层析图像；（2）、将盆式绝缘子圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，每个扇形按照共同圆心的径向等间距划分为扇形网格区域，通过测试每个扇形网格区域的灰度值，得出整个圆环状层析图像的灰度平均值；然后确定每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，

（3）、统计出正值最大灰度差异数值和负值最小灰度差异数值，其中正值最大灰度差异数值为密度最大点，负值最小灰度差异数值为密度最小点；

测试相邻两个扇形网格区域的灰度差异百分比差值变化率的绝对值，灰度差异百分比差值变化率的绝对值最大的为密度变化率最大区域；

所述的工业射线层析检测技术采用的是X射线。

本发明还公开了另外一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，包括以下步骤：

（1）、制作对比试样；

（2）、将对比试样放置在旋转平台上，采用工业射线层析检测技术，射线垂直于对比试样轴线透照，获得对比试样圆形层析图像；测试三个对比试块的灰度值，然后根据三个对比试块的灰度值和步骤（1）所得的精确密度确定灰度值与密度之间的对比关系曲线；

（3）、将被测盆式绝缘子放置在步骤（2）所述的旋转平台上，采用步骤（2）所述的工业射线层析检测技术，射线垂直于被测盆式绝缘子轴线透照，获得被测盆式绝缘子圆环状层析图像；

（4）、将被测盆式绝缘子圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，每个扇形按照共同圆心的径向等间距划分为扇形网格区域，通过测试每个扇形网格区域的灰度值，得出整个圆环状层析图像的灰度平均值；然后确定每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，

（5）、统计出正值最大灰度差异数值和负值最小灰度差异数值，其中正值最大灰度差异数值为密度最大点，负值最小灰度差异数值为密度最小点；

通过测试相邻两个扇形网格区域的灰度差异百分比差值变化率的绝对值，灰度差异百分比差值变化率的绝对值最大的为密度变化率最大区域；

（6）、将被测盆式绝缘子的密度最大点、密度最小点的灰度值，与对比试样的灰度值与密度之间的对比关系曲线进行比对，可以得出被测盆式绝缘子的密度最大点的密度值和密度最小点的密度值。

所述的对比试样为圆柱体结构，包括密度分别为1.0±0.2g/cm³、2.0±0.2g/cm³、3.0±0.2g/cm³的三个对比试块，每个对比试块的截面为扇形，扇形角度120°，扇形半径50mm，试块高度100mm，利用排液称重法确定精确密度。

所述的工业射线层析检测技术采用的是X射线。

本发明提出一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，采用工业射线层析检测技术，获得盆式绝缘子圆环状层析图像。通过对圆环状层析图像进行分析，得出整个检测区域的灰度平均值，进一步得出用于确定密度最大点或最小点，还有密度变化率最大区域。通过此方法可以准确、有效的评价盆式绝缘子的密度均匀性，而且，每次可以完成盆式绝缘子一个圆平面检测，实现整体评价，检测速度快，容易实现工厂化检测。

通过测试盆式绝缘子密度均匀性，可以有效发现这种密度不均匀性，提高电网安全运行水平；通过射线层析检测技术测试盆式绝缘子密度均匀性，可以改进生产工艺，提高产品质量。

通过选择合适的射源和射线层析设备，可以测试出密度0.1%的变化率，而存在缺陷的盆式绝缘子密度变化率一般在4%左右。

附图说明

图1为盆式绝缘子的结构示意图；

图2为对比试样的结构示意图；

图3为本发明中工业射线层析检测装置的结构示意图；

图4为圆环状层析图像的划分示意图；

图5为图4中A部的扇形网格区域的放大图。

具体实施方式

当一束X射线射入某种物质时，将发生光电效应、康—吴散射及电子对的生成等三种形式的作用，其结果是入射线的强度随入射深度的增加而减弱，并服从比尔指数规律。取一理想的X射线源（满足检测所需要空间分辨率和密度分辨率的射源），它发出的X射线经准直器后成为极细的单束X射线，在其对面放置一个探测器。测出X射线源发出的强度I₀，以及经过一定厚度物体衰减以后到达探测器的强度I，再将X射线源与探测器在观测平面内同步平移一定的步数Nt，平移的步长决定了系统的测量精度，每平移一步均作同样的测量，如此取得一组数据；旋转一定角度Δ￠（例如1°），再同步平移Nt步，取得新角度下的另一组数据；如此重复，直至旋转次，旋转次数与每次旋转角度的积至少应为180°，即取得组数据后采样停止。

先假设物体是均匀的，物体对于X射线的线性衰减系数为μ，当强度为I₀的X射线在该物体中行进距离x后衰减为I，按比尔指数定律有：

I=I₀e^-μχ

或μx=ln(I₀/I)（1-1）

若物体是分段均匀的，各段的线性衰减系数分别为μ₁，μ₂，μ₃，…，相应的长度为x₁，x₂，x₃，…，则下式成立；

μ₁x₁+μ₂x₂+μ₃x₃+…=ln(I₀/I)（1-2）

更一般的，物体在扫描平面内都不均匀，即衰减系数μ=μ（x，y），则在某一方向上，沿某一路径L的总衰减为：

$\underset{L}{\∫}\mathrm{\μdl}=\ln (I_0/I)---(1-3)$

此公式称为射线投影。显然，测得I₀与I，即可知道∫μd1，根据一系列的投影∫μd1，推求出被积函数μ。这样就能得出相应于μ分布（从而得出密度分布）的工业射线层析图像。所以，工业射线层析检测的工作过程大致可以分为两步，第一，利用组成工业射线层析系统的各硬件获得被检测物体多个角度下的射线投影，第二，运用某种数学方法从射线投影组中求解出断面各点的线性吸收系数分布，即被检物体某断层的密度分布，利用图像灰度值表示表示密度大小分布可得该断层射线层析图像。

工业射线层析图像分辨率通常分为空间分辨率（几何分辨率）和密度分辨率两个方面。空间分辨率也称几何分辨率，是指从射线层析图像中能够辨别最小物体的能力。密度分辨率是工业射线层析装置的重要性能指标，它是利用图像的灰度去分辨被检物体材质的基本方法（因为灰度是直接反映密度的）。密度分辨率又称对比分辨率，其表示方法通常以密度（通过灰度）变化的百分比（%）表示相互变化关系。理论和实践均表明，在辐射剂量一定的情况下，空间分辨率和密度分辨率是矛盾的。被检物体大小改变时，密度分辨率也会发生变化，两者之积为一常数，称为对比度细节常数，它取决于射线的剂量和工业射线层析装置的性能。从工业射线层析装置的对比度细节曲线中得知，密度分辨率越高（%值越小，如0.2），空间分辨率就越低，反知，密度分辨率越低（%值越大，如2%），则空间分辨率就越高。

密度分辨率表征工业射线层析图像再现材料密度变化的能力。通常用图像上可以识别的最小物体对比度来定义：

式中μ_f--细节特征的衰减系数值；

μ_b--背景材料的衰减系数值；

μ_ref--参考衰减系数（一般指μ_b）

影响物体的对比度的因素是材料的组分特性、密度及射线能量。研究表明：在低能下（低于1Mev），射线和材料的相互作用主要是光电效应，此时，材料的组分特性对衰减起主要作用；在高能量下，康普顿散射占主导地位，此时材料的密度与衰减系数成近似比例关系，对于均匀的材料，密度与线性衰减系数值直接成比例。影响密度分辨率的主要因素是信噪比，噪声的来源主要是辐射源的量子噪声、射源强度的统计涨落及射线源的不稳定性、射线强度数据采集系统的噪声、位置测量系统的误差以及图像重建算法近似性。其中量子噪声是最主要的，它与辐射源剂量之间的关系按Brooks公式计算，要提高密度分辨率，则源的剂量要增加。

实施例1：本发明公开了一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，包括以下步骤：

（1）、如图3所示，将被检测的盆式绝缘子3放置在旋转平台4上，采用工业射线层析检测技术，采用高电压（225kV）、微焦点（0.4*0.4mm）、X射线机，发射的是高能量X射线，将工业射线层析的密度分辨率精度控制在1‰或更高，射线源1发出的射线经过准直器2垂直于盆式绝缘子轴线透照，5为射线探测器，从而获得盆式绝缘子的工业射线层析图像，即圆环状层析图像；

（2）、将圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，如图4所示，每个扇形按照径向等间距和共同圆心划分为扇形网格区域，如图5所示。通过测试每个扇形网格区域的灰度值（测试灰度值为成熟的现有方法），得出整个圆环状层析图像的灰度平均值；然后确定每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，

（3）、统计出正值最大灰度差异数值和负值最小灰度差异数值，其中正值最大灰度差异数值为密度最大点，负值最小灰度差异数值为密度最小点；

测试相邻两个扇形网格区域的灰度差异百分比差值变化率的绝对值，灰度差值百分比变化率的绝对值最大的为密度变化率最大区域；

本发明中选用高能量射源，将检测工件置于射线层析成像检测设备旋转平台的中心，射线束垂直穿过盆式绝缘子中心轴线，通过工件旋转360°，构建一幅工业射线层析图像，图像成圆环密度分布图像。一个盆式绝缘子可以通过多次测试，得出盆式绝缘子不同部位的密度图像，最终可以得知被测盆式绝缘子的密度最大点、密度最小点，从灰度差异百分比差值变化率可以得知密度变化最大的区域，从而综合评价盆式绝缘子不同区域的密度均匀性。

实施例2：一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，包括以下步骤：

（1）、制作对比试样；如图2所示，所述的对比试样为圆柱体结构，由密度分别为1.0±0.2g/cm³、2.0±0.2g/cm³、3.0±0.2g/cm³的三个对比试块组成，每个对比试块的截面为扇形，扇形角度120°，扇形半径50mm，试块高度100mm，利用排液称重法确定精确密度；

（2）、将对比试样放置在旋转平台上，采用工业射线层析检测技术，采用高电压（225kV）、微焦点（0.4*0.4mm）、X射线机，发射的是高能量X射线，射线垂直于圆柱体轴线透照，获得对比试样圆形层析图像；测试三个对比试块的灰度值，然后根据三个对比试块的灰度值和步骤（1）所得的精确密度确定灰度值与密度之间的对比关系曲线；

（3）、将被测盆式绝缘子放置在步骤（2）所述的旋转平台上，采用步骤（2）所述的工业射线层析检测装置，X射线垂直于被测盆式绝缘子轴线透照，获得被测盆式绝缘子圆环状层析图像；

（4）、将被测盆式绝缘子圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，每个扇形按照共同圆心的径向等间距划分为扇形网格区域，通过测试每个扇形网格区域的灰度值，得出整个圆环状层析图像的灰度平均值；然后确定每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，

（5）、统计出正值最大灰度差异数值和负值最小灰度差异数值，其中正值最大灰度差异数值为密度最大点，负值最小灰度差异数值为密度最小点；

通过测试相邻两个扇形网格区域的灰度差异百分比差值变化率的绝对值，灰度差异百分比差值变化率的绝对值最大的为密度变化率最大区域；

（6）、将被测盆式绝缘子的密度最大点、密度最小点的灰度值，与对比试样的灰度值与密度之间的对比关系曲线进行比对，可以得出被测盆式绝缘子的密度最大点的密度值和密度最小点的密度值。

本实施例2相对与实施例来说，加入了对比试样，采用对比试样，是在与被测盆式绝缘子相同的检测参数下，建立检测结果灰度值和物体密度之间对应关系，即我们可以通过这种方法得到图像上任何一个像素点的对用位置的密度绝对值。

Claims (4)

1.一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)、将被检测的盆式绝缘子放置在旋转平台上，采用工业射线层析检测技术，射线垂直于盆式绝缘子轴线透照，获得盆式绝缘子圆环状层析图像；

(2)、将盆式绝缘子圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，每个扇形按照共同圆心的径向等间距划分为扇形网格区域，通过测试每个扇形网格区域的灰度值，得出整个圆环状层析图像的灰度平均值；然后确定每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，

其中

(3)、统计出正值最大灰度差异数值和负值最小灰度差异数值，其中正值最大灰度差异数值为密度最大点，负值最小灰度差异数值为密度最小点；

测试相邻两个扇形网格区域的灰度差异百分比差值变化率的绝对值，灰度差异百分比差值变化率的绝对值最大的为密度变化率最大区域；

其中

2.根据权利要求1所述的盆式绝缘子密度均匀性测试方法，其特征在于：所述的工业射线层析检测技术采用的是X射线。

3.一种盆式绝缘子密度均匀性测试方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)、制作对比试样；所述的对比试样为圆柱体结构，包括密度分别为1.0±0.2g/cm³、2.0±0.2g/cm³、3.0±0.2g/cm³的三个对比试块，每个对比试块的截面为扇形，扇形角度120°，扇形半径50mm，试块高度100mm，利用排液称重法确定精确密度；

(2)、将对比试样放置在旋转平台上，采用工业射线层析检测技术，射线垂直于对比试样轴线透照，获得对比试样圆形层析图像；测试三个对比试块的灰度值，然后根据三个对比试块的灰度值和步骤(1)所得的精确密度确定灰度值与密度之间的对比关系曲线；

(3)、将被测盆式绝缘子放置在步骤(2)所述的旋转平台上，采用步骤(2)所述的工业射线层析检测技术，射线垂直于被测盆式绝缘子轴线透照，获得被测盆式绝缘子圆环状层析图像；

(4)、将被测盆式绝缘子圆环状层析图像按照共同圆心划分为相同角度的扇形，每个扇形按照共同圆心的径向等间距划分为扇形网格区域，通过测试每个扇形网格区域的灰度值，得出整个圆环状层析图像的灰度平均值；然后确定每个扇形网格区域灰度值与平均值之间的灰度差异百分比，

其中

(5)、统计出正值最大灰度差异数值和负值最小灰度差异数值，其中正值最大灰度差异数值为密度最大点，负值最小灰度差异数值为密度最小点；

通过测试相邻两个扇形网格区域的灰度差异百分比差值变化率的绝对值，灰度差异百分比差值变化率的绝对值最大的为密度变化率最大区域；

其中

(6)、将被测盆式绝缘子的密度最大点、密度最小点的灰度值，与对比试样的灰度值与密度之间的对比关系曲线进行比对，可以得出被测盆式绝缘子的密度最大点的密度值和密度最小点的密度值。

4.根据权利要求3所述的盆式绝缘子密度均匀性测试方法，其特征在于：所述的工业射线层析检测技术采用的是X射线。