CN109030460A - 基于libs的复合绝缘子老化定量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，具体为：1，选定一种类型的复合绝缘子，其最大使用年限为y_max，在实验室对其进行老化试验，采用LIBS装置对其伞裙表面检测，经过T个老化年后，得出T个氢元素含量值；2，检测人员携带便携式LIBS装置到现场，在线检测所述类型的复合绝缘子伞裙表面氢元素的含量值H_m；3，先确定H_m在T个氢元素含量值中的位置，再计算复合绝缘子的评估使用年限y_m；4，如y_m≥y_max，现场的复合绝缘子处于过期服役状态，需要更换；如y_m＜y_max，现场的复合绝缘子处于正常服役状态；本发明的检测方法简单、便捷，极大地减轻了工作人员的劳动强度，且检测准确。

Description

基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法

技术领域

本发明涉及一种绝缘子老化检测方法，特别涉及一种基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法。

背景技术

硅橡胶绝缘子是一种由复合材料制成的电绝缘器件，通常用于高压输电线路。这类复合材料为有机高分子，具有良好的憎水性和防污闪性能。在长期运行过程中,受到雨水、强光照、盐雾等环境因素以及高压电场的作用，硅橡胶会出现老化问题，表现为粉化、纹裂等现象，尤其是表面憎水性的缺失直接导致其防污闪效能下降。电力部门通常隔几年(比如：7年、10年等，绝缘子种类不同，时间也不同)更换一次绝缘子，这个更换时间是在一般的环境状况下得出的，但是不同地区的情况会有所不同，有些环境恶劣的地区，不到更换时间，绝缘子的憎水性和防污闪性能就已达不到标准，而有些环境较好的地区，超过了更换时间，绝缘子的憎水性和防污闪性能依然很好；实际工作中，如果按照统一时间标准更换绝缘子，不仅会浪费，而且还不能保证性能差的绝缘子得到及时更换；或者，还可以到各现场抽取绝缘子样品，然后带到实验室分析检测，确定各现场绝缘子样品的性能，从而决定是否要对各现场的绝缘子进行更换，但现场抽取绝缘子时，电力运行部门必须进行大面积停电，工作量很大且很繁琐，操作起来很不方便，

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，该检测方法简单、便捷，极大地减轻了工作人员的劳动强度，而且检测准确，既能保证性能差的复合绝缘子得到及时更换，还可达到节约的目的。

本发明的技术方案：

一种基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，含有如下步骤：

步骤1，选定一种类型且未使用过的复合绝缘子，在实验室对其进行老化试验，每进行完一个老化年时，采用LIBS装置对该复合绝缘子的伞裙表面进行检测，检测出伞裙表面氢元素的含量；经过T个老化年后，得出T个氢元素的含量值；该T个老化年的年数从小到大分别为：Y₁、Y₂、…、Y_n、Y_n+1、…、Y_T，其中，1≤n≤T-1，Y_T大于等于该类型的复合绝缘子的最大使用年限y_max；与T 个老化年对应的T个氢元素的含量值分别为：H₁、H₂、…、H_n、H_n+1、…、H_T；T 为大于等于2的自然数，y_max为大于等于1的自然数；

步骤2，检测人员携带便携式LIBS装置到所述类型的复合绝缘子安装现场，在线检测安装现场中所述类型的复合绝缘子伞裙表面氢元素的含量值H_m；

步骤3，如果H_m>H_T，则认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于过期服役状态，需要更换，检测结束；

如果H_m＜H₁，则认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于正常服役状态，检测结束；

如果H₁≤H_m≤H_T，则先确定H_m在T个氢元素的含量值序列中的位置，得到 H_n≤H_m≤H_n+1，再用以下公式计算安装现场中所述类型的复合绝缘子的评估使用年限y_m：

y_m＝p×Y_n+1+(1-p)×Y_n，

其中，Y_n和Y_n+1分别为H_n和H_n+1对应的老化年的年数；

步骤4，如果评估使用年限y_m≥y_max时，即认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于过期服役状态，需要更换，检测结束；

如果评估使用年限y_m＜y_max时，即认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于正常服役状态，检测结束。

氢元素的含量值的单位为：ppm。

复合绝缘子的老化年数与其表面氢元素的含量值的对照关系见表1：

表1

老化年数(年)

Y1

Y2

…

Yn

Yn+1

…

YT

氢元素的含量值(ppm)

H1

H2

…

Hn

Hn+1

…

HT

因复合绝缘子的同一片伞裙的不同位置老化程度近似，故对检测伞裙具体位置没有特殊要求。

当检测到安装现场中所述类型且同一批次的复合绝缘子中大于等于P％的复合绝缘子处于过期服役状态时，则认为安装现场的电力线路上安装的所述类型且同一批次的复合绝缘子均处于过期服役状态，需要更换；

当检测到安装现场中所述类型且同一批次的复合绝缘子中大于(100-P)％的复合绝缘子处于正常服役状态时，则认为安装现场的电力线路上安装的所述类型且同一批次的复合绝缘子均处于正常服役状态。

P为10。

复合绝缘子的分类方法为：按照复合绝缘子的电压等级先分成大类，再在大类中按复合绝缘子的功能分成小类。

复合绝缘子的电压等级含有：110kV、220kV、330kV、500kV、750kV和1000kV；复合绝缘子按功能分为：棒形悬式复合绝缘子、针式复合绝缘子、横担复合绝缘子、支柱复合绝缘子和防风偏复合绝缘子。

实际应用中，可按照步骤1中的方法得到多种类型的复合绝缘子的老化年数与其表面氢元素的含量值的对照关系模型，从而建立一个数据库，便于检测人员在电力设备安装现场对各种类型的复合绝缘子的老化程度进行在线检测。

步骤2中，在线检测安装现场中所述类型的复合绝缘子高压侧伞裙和低压侧伞裙表面氢元素的含量值，以其中较大的数值作为H_m。

电力设备安装现场的绝缘子通常情况下都是从某些部位首先暴露出老化痕迹，进而逐步发展并最终引发事故。复合绝缘子高压侧距离首端的电场强度一般比较高，之后沿高压到低压侧方向电场强度逐渐减弱，在中部靠近低压侧部位达到最低，继而逐渐增强；高压侧伞裙的老化较明显,且随着运行电压等级的提高该现象更为显著,故在检测时一般选择在供电线路的高压侧和低压侧两个位置。

由于憎水性决定于材料表面的组成成分和结构，因此，可以对复合绝缘子表面成分的变化进行探测，从而来判断其是否已发生老化。憎水性的丧失主要表现在水的浸入和吸收上(复合绝缘子表面本身是憎水的，不应该有氢元素，但是随着腐蚀的进行，空气中的水分会侵入里面，逐渐丧失憎水性)，绝缘子表面氢元素的含量直接反映了其老化程度，但是由于其含量较少，常规检测方法难以奏效。目前，硅橡胶材料的成分分析方法主要包括直接观察法、HC喷水分级法、泄漏电流法、接触角法、热刺激电流法等，但是这些方法均需要对绝缘子破坏取样后，在实验室进行测试，而无法在运行现场直接测试。

激光诱导击穿光谱(Laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术无需取样和样品制备等前处理工作，且不会破坏样品的宏观形貌，尤其是对痕量元素的探测上尤为有效，将该技术用于硅橡胶绝缘子表面氢元素的痕量测量，即可实现绝缘子老化现象的在线观测。

本发明的有益效果：

本发明开创性地采用便携式LIBS装置在线检测电力设备安装现场的复合绝缘子表面氢元素的含量，从而判断复合绝缘子的老化年数，检测简单、便捷，工作人员在检修线路的时候就可顺便进行复合绝缘子的老化检测，且不会对复合绝缘子造成损害，极大地减轻了工作人员的劳动强度，并且，本发明检测准确，既能保证性能差的复合绝缘子得到及时更换，还可达到节约的目的。

附图说明

图1为复合绝缘子的结构示意图；

图2为复合绝缘子伞裙的俯视结构示意图。

具体实施方式

实施例一：基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法含有如下步骤：

步骤1，选定一种类型且未使用过的复合绝缘子，在实验室对其进行老化试验，每进行完一个老化年时，采用LIBS装置对该复合绝缘子的伞裙表面进行检测，检测出伞裙表面氢元素的含量；经过T个老化年后，得出T个氢元素的含量值；该T个老化年的年数从小到大分别为：Y₁、Y₂、…、Y_n、Y_n+1、…、Y_T，其中，1≤n≤T-1，Y_T大于等于该类型的复合绝缘子的最大使用年限y_max；与T 个老化年对应的T个氢元素的含量值分别为：H₁、H₂、…、H_n、H_n+1、…、H_T；

氢元素的含量值的单位为：ppm。

该类型的复合绝缘子的电压等级为110kV，该复合绝缘子属于棒形悬式复合绝缘子，最大使用年限y_max＝7年；在实验室对其进行老化试验时，设定T＝9，最后得到该复合绝缘子的老化年数与其表面氢元素的含量值的对照关系，见表 2：

表2

在表2中：Y₁＝1，Y₂＝2，Y₃＝3，Y₄＝4，Y₅＝5，Y₆＝6，Y₇＝7，Y₈＝8，Y₉＝9；

H₁＝0.049，H₂＝0.083，H₃＝0.111，H₄＝0.135，H₅＝0.149，H₆＝0.169，H₇＝0.183，H₈＝0.211，H₉＝0.235；

因复合绝缘子的同一片伞裙的不同位置老化程度近似，故对检测伞裙具体位置没有特殊要求。

步骤2，检测人员携带便携式LIBS装置到上述类型的复合绝缘子安装现场，在线检测安装现场中上述类型的复合绝缘子伞裙表面氢元素的含量值H_m＝0.16 ppm；

步骤3，由于H₁＜H_m＜H_T，则先确定H_m在T个氢元素的含量值序列中的位置，得到H_n＜H_m＜H_n+1，其中，n＝5,H_n＝0.149，H_n+1＝0.169，再用以下公式计算安装现场中上述类型的复合绝缘子的评估使用年限y_m：

先计算

从表2中可以看出，与H_n和H_n+1对应的老化年的年数Y_n和Y_n+1分别为5和6；

计算y_m＝p×Y_n+1+(1-p)×Y_n＝0.55×6+0.45×5＝5.55(年)；

步骤4，评估使用年限y_m＜y_max，即认为安装现场中上述类型的复合绝缘子处于正常服役状态，检测结束。

当检测到安装现场中上述类型且同一批次的复合绝缘子中大于90％的复合绝缘子处于正常服役状态时，则认为安装现场的电力线路上安装的上述类型且同一批次的复合绝缘子均处于正常服役状态。

复合绝缘子的分类方法为：按照复合绝缘子的电压等级先分成大类，再在大类中按复合绝缘子的功能分成小类。

复合绝缘子的电压等级含有：110kV、220kV、330kV、500kV、750kV和1000kV；复合绝缘子按功能分为：棒形悬式复合绝缘子、针式复合绝缘子、横担复合绝缘子、支柱复合绝缘子和防风偏复合绝缘子。

步骤2中，在线检测安装现场中上述类型的复合绝缘子高压侧伞裙1和低压侧伞裙2表面氢元素的含量值(如图1和图2所示)，以其中较大的数值作为H_m。

电力设备安装现场的绝缘子通常情况下都是从某些部位首先暴露出老化痕迹，进而逐步发展并最终引发事故。复合绝缘子高压侧距离首端的电场强度一般比较高，之后沿高压到低压侧方向电场强度逐渐减弱，在中部靠近低压侧部位达到最低，继而逐渐增强；高压侧伞裙的老化较明显,且随着运行电压等级的提高该现象更为显著,故在检测时一般选择在供电线路的高压侧和低压侧两个位置。

实施例二：本实施例与实施例一中相同的部分不再重述，不同之处是：

步骤2，检测人员携带便携式LIBS装置到上述类型的复合绝缘子安装现场，在线检测安装现场中上述类型的复合绝缘子伞裙表面氢元素的含量值H_m＝0.22 ppm；

步骤3，由于H₁＜H_m＜H_T，则先确定H_m在T个氢元素的含量值序列中的位置，得到H_n＜H_m＜H_n+1，其中，n＝8,H_n＝0.211，H_n+1＝0.235，再用以下公式计算安装现场中上述类型的复合绝缘子的评估使用年限y_m：

先计算

从表2中可以看出，与H_n和H_n+1对应的老化年的年数Y_n和Y_n+1分别为8和9；

计算y_m＝p×Y_n+1+(1-p)×Y_n＝0.375×9+0.625×8＝8.375(年)；

步骤4，评估使用年限y_m＞y_max，即认为安装现场中上述类型的复合绝缘子处于过期服役状态，需要更换，检测结束；

当检测到安装现场中上述类型且同一批次的复合绝缘子中大于等于10％的复合绝缘子处于过期服役状态时，则认为安装现场的电力线路上安装的上述类型且同一批次的复合绝缘子均处于过期服役状态，需要更换。

Claims (7)

1.一种基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：含有如下步骤：

步骤1，选定一种类型且未使用过的复合绝缘子，在实验室对其进行老化试验，每进行完一个老化年时，采用LIBS装置对该复合绝缘子的伞裙表面进行检测，检测出伞裙表面氢元素的含量；经过T个老化年后，得出T个氢元素的含量值；该T个老化年的年数从小到大分别为：Y₁、Y₂、…、Y_n、Y_n+1、…、Y_T，其中，1≤n≤T-1，Y_T大于等于该类型的复合绝缘子的最大使用年限y_max；与T个老化年对应的T个氢元素的含量值分别为：H₁、H₂、…、H_n、H_n+1、…、H_T；T为大于等于2的自然数，y_max为大于等于1的自然数；

步骤2，检测人员携带便携式LIBS装置到所述类型的复合绝缘子安装现场，在线检测安装现场中所述类型的复合绝缘子伞裙表面氢元素的含量值H_m；

步骤3，如果H_m>H_T，则认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于过期服役状态，需要更换，检测结束；

如果H_m＜H₁，则认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于正常服役状态，检测结束；

如果H₁≤H_m≤H_T，则先确定H_m在T个氢元素的含量值序列中的位置，得到H_n≤H_m≤H_n+1，再用以下公式计算安装现场中所述类型的复合绝缘子的评估使用年限y_m：

y_m＝p×Y_n+1+(1-p)×Y_n，

其中，Y_n和Y_n+1分别为H_n和H_n+1对应的老化年的年数；

步骤4，如果评估使用年限y_m≥y_max时，即认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于过期服役状态，需要更换，检测结束；

如果评估使用年限y_m＜y_max时，即认为安装现场中所述类型的复合绝缘子处于正常服役状态，检测结束。

2.根据权利要求1所述的基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：所述氢元素的含量值的单位为：ppm。

3.根据权利要求1所述的基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：当检测到安装现场中所述类型且同一批次的复合绝缘子中大于等于P％的复合绝缘子处于过期服役状态时，则认为安装现场的电力线路上安装的所述类型且同一批次的复合绝缘子均处于过期服役状态，需要更换；

当检测到安装现场中所述类型且同一批次的复合绝缘子中大于(100-P)％的复合绝缘子处于正常服役状态时，则认为安装现场的电力线路上安装的所述类型且同一批次的复合绝缘子均处于正常服役状态。

4.根据权利要求3所述的基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：所述P为10。

5.根据权利要求1所述的基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：所述复合绝缘子的分类方法为：按照复合绝缘子的电压等级先分成大类，再在大类中按复合绝缘子的功能分成小类。

6.根据权利要求5所述的基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：所述复合绝缘子的电压等级含有：110kV、220kV、330kV、500kV、750kV和1000kV；复合绝缘子按功能分为：棒形悬式复合绝缘子、针式复合绝缘子、横担复合绝缘子、支柱复合绝缘子和防风偏复合绝缘子。

7.根据权利要求1所述的基于LIBS的复合绝缘子老化定量检测方法，其特征是：所述步骤2中，在线检测安装现场中所述类型的复合绝缘子高压侧伞裙和低压侧伞裙表面氢元素的含量值，以其中较大的数值作为H_m。