CN109239024A - 复合绝缘子老化程度评价方法及系统 - Google Patents

复合绝缘子老化程度评价方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明适用于电气检测技术领域，提供了复合绝缘子老化程度评价方法及系统，所述方法包括：通过激光轰击硅橡胶伞裙样品，得到每次轰击的等离子光谱，选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线，在对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值；根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定硅橡胶伞裙样品的老化程度指标，根据铝元素在轰击前后的对比，评价复合绝缘子的老化程度，检测步骤简便、系统设备简单、成本低、实用性较强。

Description

复合绝缘子老化程度评价方法及系统
技术领域
本发明属于电气检测技术领域，尤其涉及复合绝缘子老化程度评价方法及 系统。
背景技术
复合绝缘子由于其优异的耐污闪性能备受电力企业的青睐，促使复合绝缘 子在我国的大范围应用。但是复合绝缘子用外绝缘材料——硅橡胶是一种有机 高分子材料，在运行过程中由于受到高温、氧气、污秽、水分和紫外线等因素 的影响而发生老化，造成其运行状态不断劣化，出现憎水性能下降，伞裙硬化、 粉化、龟裂等现象，严重时甚至出现憎水性能丧失、芯棒外漏，引发污闪、线 路掉串等恶性电力事故，严重威胁电网的安全稳定运行。
目前，传统的对复合绝缘子的老化程度进行评价的方法主要包括FTIR (FourierTransform Infrared Spectroscopy，傅氏转换红外线光谱分析)、XPS (X-rayphotoelectron spectroscopy，X射线光电子能谱分析)和XRD(X-ray diffraction，X射线衍射)等检测方法，但是现有评价复合绝缘子的老化程度的 方法，检测步骤繁琐，检测仪器普遍昂贵导致检测成本较高，检测过程中需要 对复合绝缘子的硅橡胶伞裙进行破坏性裁取、实用性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了复合绝缘子老化程度评价方法及系统，以 解决现有技术中存在的检测步骤繁琐，检测仪器普遍昂贵导致检测成本较高， 检测过程中需要对复合绝缘子的硅橡胶伞裙进行破坏性裁取、实用性较差的问 题。
本发明实施例的第一方面提供了一种复合绝缘子老化程度评价方法，包括：
触发激光发射器轰击复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品，轰击次数不小于预设 标准次数；
每次轰击时，光谱仪通过光纤探头记录轰击下硅橡胶伞裙样品发出的等离 子光谱，并将每次轰击的等离子光谱发送至所述计算机；
所述计算机选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强 度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进 行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线；
在所述对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元 素光谱强度值；
根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定复合 绝缘子的老化程度指标。
本发明实施例的第二方面提供了一种复合绝缘子老化程度评价系统，包括：
包括激光发射器、光路传输装置、样品台、光谱仪和计算机；所述样品设 有光纤探头，所述光纤探头与所述光谱仪通信连接，所述光谱仪与所述计算机 通信连接，所述光路传输装置设在激光发射器与样品台的激光通道上；
触发激光发射器轰击复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品，轰击次数不小于预设 标准次数；
每次轰击时，光谱仪通过光纤探头记录轰击下硅橡胶伞裙样品发出的等离 子光谱，并将每次轰击的等离子光谱发送至所述计算机；
所述计算机选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强 度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进 行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线；
在所述对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元 素光谱强度值；
根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定复合 绝缘子的老化程度指标。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本发明实施例通过激光 轰击硅橡胶伞裙样品，得到每次轰击的等离子光谱，选取每次轰击下等离子光 谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对 应坐标，采用幂函数对对应坐标进行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数 的对应关系曲线，在对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击 后的铝元素光谱强度值；根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素 光谱强度值确定硅橡胶伞裙样品的老化程度指标，根据铝元素在轰击前后的对 比，评价复合绝缘子的老化程度，检测步骤简便、系统设备简单、成本低、实 用性较强。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技 术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅 仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳 动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一实施例提供的复合绝缘子老化程度评价系统的结构示意 图；
图2为本发明一实施例提供的复合绝缘子老化程度评价方法的流程示意 图；
图3为1#复合绝缘子铝元素光谱强度与激光轰击次数关系曲线；
图4为2#复合绝缘子铝元素光谱强度与激光轰击次数关系曲线；
图5为3#复合绝缘子铝元素光谱强度与激光轰击次数关系曲线。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术 之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当 清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中， 省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节 妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，图1为本发明一实施例提供的复合绝缘子老化程度评价系统的 结构示意图，该系统用于复合绝缘子的老化程度评价系统，该系统包括激光发 射器101、光路传输装置102、样品台103、光谱仪104和计算机105；样品103 设有光纤探头106，光纤探头106与光谱仪104通信连接，光谱仪104与计算 机105通信连接，光路传输装置102设在激光发射器101与样品台103的激光 通道上。其中光路传输装置102包括反射透镜1021和聚焦透镜1022。
参考图2，图2为本发明一实施例提供的复合绝缘子老化程度评价方法的 流程示意图，所述方法应用于复合绝缘子的老化程度评价系统，所述方法详述 如下：
S201：触发激光发射器轰击复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品，轰击次数不小 于预设标准次数。
在本实施例中，预设标准次数可以根据需要进行设置，例如为100次。
S202：每次轰击时，光谱仪通过光纤探头记录轰击下硅橡胶伞裙样品发出 的等离子光谱，并将每次轰击的等离子光谱发送至计算机。
在本实施例中，等离子光谱中包含多种元素的光谱强度。
S203：计算机选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强 度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进 行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线。
在本实施例中，复合绝缘子在老化过程中，硅橡胶材料中的氢氧化铝填料 会不断析出，造成伞裙表面氢氧化铝填料不断累积，且由于复合绝缘子的老化 具有第一定的深度，在轰击的过程中，表面氢氧化铝填料逐渐减少。因此通过 铝元素的含量表征硅橡胶材料氢氧化铝补强剂，以硅橡胶表层、中心层铝元素 的光谱强度，表征硅橡胶的老化程度。
选取波长为272.24nm处铝元素的光谱强度峰值作为其中强度峰值，得到铝 元素光谱强度与激光轰击次数的对应坐标。
S204：在对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝 元素光谱强度值。
S205：根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确 定复合绝缘子的老化程度指标。
在本实施例中，轰击初始的铝元素光谱强度值代表复合绝缘子老化后的铝 元素含量，轰击后的铝元素光谱强度值代表复合绝缘子未老化的铝元素含量， 通过对比老化后的铝元素含量与未老化的铝元素含量，确定硅橡胶伞裙样品的 老化程度指标。
从上述描述可知，通过激光轰击硅橡胶伞裙样品，得到每次轰击的等离子 光谱，选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强度，并建立 铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进行平滑拟合 得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线，在对应关系曲线中确定轰击 初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值；根据轰击初始的铝元 素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定硅橡胶伞裙样品的老化程度指 标，根据铝元素在轰击前后的对比，评价复合绝缘子的老化程度，检测步骤简 便、系统设备简单、成本低、实用性较强。
在本发明的一个实施例中，在步骤S201之前，还包括：
将复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品放置在所述样品台上；
打开激光发射器，配置激光发射器和光谱仪的工作参数，调整光路传输装 置使得激光聚焦于硅橡胶伞裙样品表面。
具体地，配置激光发射器和光谱仪的工作参数的过程包括：
设置激光器发射的输出功率为70mJ，频率为1～2Hz；
设置光谱仪的延迟时间为0.01～4μs，积分时间为1～100ms。
优选地，光谱仪的延迟时间设置为2-4μs，积分时间为100ms。
从上述描述可知，通过设置激光发射器的输出功率、频率等降低激光在轰 击硅橡胶伞裙样品时空气中离子激发造成的误差，通过设置光谱仪延时时间、 积分时间，使得光谱仪所采集到的复合绝缘子等离子光谱效果达到最佳。
在本发明的一个实施例中，步骤S204包括：
S2041：从初始轰击往后，选取第一预设数量的轰击次数下的铝元素光谱 强度值，并求取第一预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值的平均值，得 到轰击初始的铝元素光谱强度值。
S2042：从结束轰击往前，选取第二预设数量的轰击次数下的铝元素光谱 强度值，并求取第二预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值的平均值，得 到轰击后的铝元素光谱强度值。
在本实施例中，优选地，第一预设数量可以是3次轰击，第二预设数量可 以是10次轰击。
在本发明的一个实施例中，步骤S205包括：
计算所述轰击初始的铝元素光谱强度值与轰击后的铝元素光谱强度值的比 值，得到复合绝缘子的老化程度指标。
具体公式如下：λ＝H老化后/H未老化；式中，λ为老化程度指标，H老化后为轰击初 始的铝元素光谱强度值，H未老化为轰击后的铝元素光谱强度值。
在本发明的另一实施例中，采用幂函数对对应坐标进行平滑拟合得到铝元 素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线，的幂函数公式如下：H(N)＝b0Nb1，式 中，H(N)为铝元素光谱强度，单位为counts；N为轰击次数；b0、b1为常数。
下面通过一个具体的应用实例，对复合绝缘子老化程度评价方法的流程进 行详细的说明，如下：
(1)选取三支复合绝缘子，编号为1#、2#、3#，将其伞裙分别置于激光 诱导击穿光谱装置的样品台上，调整透镜，使激光初步聚焦于伞裙表面，设置 激光发射器输出功率为70mJ左右，频率为2Hz，光谱仪延迟时间为2μs，积分 时间为100ms，触发激光发射器，调整透镜，使光谱仪所测等离子体光谱达到 最佳。
(2)调整伞裙检测区域至激光聚焦轰击位置，激光发射器采用外触发方式， 打开能量输出，测量激光轰击下硅橡胶材料的等离子光谱，3支试样分别记录 204次、162次、147次激光轰击下硅橡胶材料的等离子光谱。
(3)选取波长为272.24nm处铝元素的光谱强度峰值作为其中强度峰值， 绘制铝元素光谱强度与激光轰击次数的关系曲线，并采用幂函数对所测结果进 行曲线拟合，如图3、图4和图5所示。
(4)选取三支试样前3次激光轰击次数对应拟合曲线所求光谱强度的平均 值分别为H1# 老化后＝6510.11、H2# 老化后＝6090.17、H3# 老化后＝5900.75，选取三支试样最 后10次激光轰击次数对应拟合曲线所求光谱强度的平均值分别为H1# 未老化 ＝5293.21、H2# 未老化＝4394.70、H3# 未老化＝4123.54，计算其老化前后铝元素含量的变 化值分别为λ1#＝1.23、λ2#＝1.39、λ3#＝1.43。
(5)比较三支绝缘子λ值的大小，λ3#＞λ2#＞λ1#，由此可知3#复合绝缘子 的老化程度最严重，2#复合绝缘子次之，1#复合绝缘子老化程度最轻。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照 前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特 征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发 明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种复合绝缘子老化程度评价方法，其特征在于，包括：
触发激光发射器轰击复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品，轰击次数不小于预设标准次数；
每次轰击时，光谱仪通过光纤探头记录轰击下硅橡胶伞裙样品发出的等离子光谱，并将每次轰击的等离子光谱发送至所述计算机；
所述计算机选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线；
在所述对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值；
根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定复合绝缘子的老化程度指标。
2.如权利要求1所述的复合绝缘子老化程度评价方法，其特征在于，所述触发激光发射器轰击硅橡胶伞裙样品之前，还包括：
将复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品放置在所述样品台上；
打开激光发射器，配置激光发射器和光谱仪的工作参数，调整光路传输装置使得激光聚焦于硅橡胶伞裙样品表面。
3.如权利要求1所述的复合绝缘子老化程度评价方法，其特征在于，所述配置激光发射器和光谱仪的工作参数，包括：
设置激光器发射的输出功率为70mJ，频率为1～2Hz；
设置光谱仪的延迟时间为0.01～4μs，积分时间为1～100ms。
4.如权利要求1所述的复合绝缘子老化程度评价方法，其特征在于，所述在所述对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值，包括：
从初始轰击往后，选取第一预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值，并求取第一预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值的平均值，得到轰击初始的铝元素光谱强度值；
从结束轰击往前，选取第二预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值，并求取第二预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值的平均值，得到轰击后的铝元素光谱强度值。
5.如权利要求1至4任一项所述的复合绝缘子老化程度评价方法，其特征在于，所述根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定复合绝缘子的老化程度指标，包括：
计算所述轰击初始的铝元素光谱强度值与轰击后的铝元素光谱强度值的比值，得到硅橡胶伞裙样品的老化程度指标。
6.一种复合绝缘子老化程度评价系统，其特征在于，包括激光发射器、光路传输装置、样品台、光谱仪和计算机；所述样品设有光纤探头，所述光纤探头与所述光谱仪通信连接，所述光谱仪与所述计算机通信连接，所述光路传输装置设在激光发射器与样品台的激光通道上；
触发激光发射器轰击复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品，轰击次数不小于预设标准次数；
每次轰击时，光谱仪通过光纤探头记录轰击下硅橡胶伞裙样品发出的等离子光谱，并将每次轰击的等离子光谱发送至所述计算机；
所述计算机选取每次轰击下等离子光谱硅橡胶伞裙样品中铝元素光谱强度，并建立铝元素光谱强度与轰击次数的对应坐标，采用幂函数对对应坐标进行平滑拟合得到铝元素光谱强度与轰击次数的对应关系曲线；
在所述对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值；
根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定复合绝缘子的老化程度指标。
7.如权利要求6所述的复合绝缘子老化程度评价系统，其特征在于，所述触发激光发射器轰击硅橡胶伞裙样品之前，还包括：
将复合绝缘子的硅橡胶伞裙样品放置在所述样品台上；
打开激光发射器，配置激光发射器和光谱仪的工作参数，调整光路传输装置使得激光聚焦于硅橡胶伞裙样品表面。
8.如权利要求6所述的复合绝缘子老化程度评价系统，其特征在于，所述配置激光发射器和光谱仪的工作参数，包括：
设置激光器发射的输出功率为70mJ，频率为1～2Hz；
设置光谱仪的延迟时间为0.01～4μs，积分时间为1～100ms。
9.如权利要求6所述的复合绝缘子老化程度评价系统，其特征在于，所述在所述对应关系曲线中确定轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值，包括：
从初始轰击往后，选取第一预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值，并求取第一预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值的平均值，得到轰击初始的铝元素光谱强度值；
从结束轰击往前，选取第二预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值，并求取第二预设数量的轰击次数下的铝元素光谱强度值的平均值，得到轰击后的铝元素光谱强度值。
10.如权利要求6至9任一项所述的复合绝缘子老化程度评价方法，其特征在于，所述根据轰击初始的铝元素光谱强度值和轰击后的铝元素光谱强度值确定复合绝缘子的老化程度指标，包括：
计算所述轰击初始的铝元素光谱强度值与轰击后的铝元素光谱强度值的比值，得到硅橡胶伞裙样品的老化程度指标。
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