CN109580690B - 一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法 - Google Patents

一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，涉及复合绝缘材料技术领域，包括：S1、对目标复合绝缘材料进行现场测试，收集的原始特征参量；S2、将测量到的原始特征参量作为输入量，输入已训练好的BP神经网络，根据BP神经网络输出的结果得到对目标复合绝缘材料的老化评估。本发明从绝缘材料化学结构、电气性能、物理变化的角度进行现场测量，并通过训练好的BP神经网络对测试数据进行分析，能够对复合绝缘材料的老化状态进行定量分析，精度高且实现现场无损测量。

Description

一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法
技术领域
本发明涉及复合绝缘材料技术领域，尤其涉及一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法。
背景技术
硅橡胶复合绝缘材料以其重量轻，机械强度高，不易破碎，耐污性能好等特点，正越来越广泛地被应用于电力系统中。然而在使用过程中，随着时间的推移，由于强电场、高温日照、恶劣气候环境、以及污秽等诸多因素的共同作用，复合绝缘材料的伞裙逐渐老化，呈现表面硬化、粉化、脆化，以及憎水性退化，乃至烧蚀、开裂的现象。这些老化现象严重影响复合绝缘材料的绝缘性能。
目前工程上主要采用观察法，喷水分级法和泄漏电流法对复合绝缘材料老化状态进行评估，但是长期使用经验表明，这些方法易受测试环境以及测试者的主观因素影响，不能准确定量的反映复合绝缘材料的老化状况，而且电力系统出于电力安全的考虑，也不满足于定性分析或粗糙的分级测量结果。实验室通常从微观的角度对复合绝缘材料老化程度进行分析，包括傅里叶变化红外光谱分析法（FTIR），电镜扫描法(SEM)、X射线光电子能谱分析法（XPS）、X射线衍射分析（XRD）。这些方法精度较高，但是这些方法需要从设备上割下样品，对复合绝缘材料造成不可逆的损伤，因此不适用现场测量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，从而解决了现有对复合绝缘材料测量老化程度需要造成不可逆的损伤的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，包括以下步骤：
S1、对目标复合绝缘材料进行现场测试，收集的原始特征参量；
S2、将测量到的原始特征参量作为输入量，输入已训练好的BP神经网络，根据BP神经网络输出的结果得到对目标复合绝缘材料的老化评估。
进一步的，所述原始特征参量包括：核磁共振回波信号横向弛豫时间、表面憎水性及表面绝缘电阻。
进一步的，所述训练好的BP神经网络的训练步骤包括：
S21、采集多个运行的复合绝缘材料；
S22、对复合绝缘材料进行核磁共振回波信号第二横向弛豫时间测试、表面憎水性测试及表面绝缘电阻测试；
S23、将S22测试到的数据作为BP神经网络的输入量，根据测试的类型能够得到BP神经网络的输入层神经元数量；
S24、对复合绝缘材料进行精度更高的傅里叶变换红外光谱法根据测试结果，将老化程度划分等级；
S25、根据S24的等级数量确定BP神经网络的输出层神经元数量；
S26、基于S21-S25训练得到复合绝缘材料老化评估的BP神经网络。
进一步的，所述复合绝缘材料包括：变压器套管硅橡胶伞裙、互感硅橡胶伞裙及复合绝缘子。
进一步的，所述核磁共振回波信号横向弛豫时间测试方法包括以下步骤：
S22011、便携式核磁共振检测系统进行测试，启动工作后，在目标复合绝缘材料测量区域建立静态磁场和射频激励磁场；
S22012、通过便携式核磁共振检测系统检测复合绝缘材料的回波信号；
S22013、对回波信号进行傅里叶变换，获得横向弛豫时间。
进一步的，所述表面憎水性测试方法包括以下步骤：
S22021、用喷壶对复合绝缘材料的伞套表面进行喷洒水雾，使复合绝缘材料表面覆盖一层均匀的水珠或水膜；
S22022、根据DL/T864-2004的标准图谱对复合绝缘材料的憎水性进行评估和分级。
进一步的，所述表面绝缘电阻测试方法包括以下步骤：
S22031、使用圆形模具压紧复合绝缘材料的伞裙表面；
S22032、沿圆形模具的底部在伞裙表面均匀涂抹导电胶，形成环形导电带；
S22033、将摇表的一个测量电极放置于环形导电带的中心（及伞裙表面上），另一测量电极置于圆环导电胶上，并开始加压测试。
进一步的，上述任一项所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，均能够在高温硫化硅、常温硫化硅、低温硫化硅复合绝缘材料多参量无损老化检测方面的应用。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提出的一种适用于现场的复合绝缘材料多参量无损老化检测方法，从绝缘材料化学结构、电气性能、物理变化的角度进行现场测量，并通过训练好的BP神经网络对测试数据进行分析，能够对复合绝缘材料的老化状态进行定量分析，精度高且实现现场无损测量。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例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个实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法的流程图；
图2是本发明采用的BP神经网络结构示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明所提供的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法包括以下步骤：
S1、对目标复合绝缘材料进行现场测试，收集的原始特征参量，原始特征参量包括：核磁共振回波信号横向弛豫时间、表面憎水性及表面绝缘电阻；
S2、将测量到的原始特征参量作为输入量，输入已训练好的BP神经网络，根据BP神经网络输出的结果得到对目标复合绝缘材料的老化评估。
如图2所示，训练的BP神经网络包括以下步骤：
S21、采集多个运行1~30年不同年份、不同电压等级的复合绝缘材料共500份，所述复合绝缘材料包括：变压器套管硅橡胶伞裙160份、互感硅橡胶伞裙180份及复合绝缘子160份。
S22、对样本（复合绝缘材料）进行核磁共振回波信号第二横向弛豫时间测试、表面憎水性测试及表面绝缘电阻测试。核磁共振回波信号第二横向弛豫时间测试及表面憎水性测试及表面绝缘电阻测试均能现场测试。
核磁共振回波信号第二横向弛豫时间从材料分子结构的角度表征复合绝缘材料老化程度，本实施例的样本的核磁共振回波信号第二横向弛豫时间范围在141~98ms之间。表面憎水性通过喷水分级法测试从物理表象表征复合绝缘材料的老化程度，具有直观性，本实施例的样本的表面憎水性在HC1~HC7之间。表面绝缘电阻从电气性能方面表征复合绝缘材料的老化程度，本实施例的样本的表面绝缘电阻在0.2MΩ~2.1TΩ之间。
S23、将S22测试到的数据作为BP神经网络的输入量，根据测试的类型能够得到BP神经网络的输入层神经元数量为3。
S24、对样本（复合绝缘材料）进行精度更高的傅里叶变换红外光谱法根据测试结果，将老化程度划分A、B、C、D共4个等级。其中A级为未老化，A级中的Si-CH3基团吸收峰峰面积大于2；B级为轻度老化，B级中的Si-CH3基团吸收峰峰面积大于等于1小于等于2；C级为老化，C级中的Si-CH3基团吸收峰峰面积大于1且Si-O-Si基团吸收峰峰面积大于30；D级为重度老化，Si-O-Si基团吸收峰峰面积小于30。
S25、根据S24的等级数量能够确定BP神经网络的输出层神经元数量为4。
S26、基于S21-S25训练得到复合绝缘材料老化评估的BP神经网络，复合绝缘材料老化评估的BP神经网络的输入层-隐含层-输出层的神经元数量分别为3-5-4。
S27、根据复合绝缘材料老化评估的BP神经网络的输出层输出的各个老化成程度等级的得分判断测试样品的老化程度，得分最高的老化程度等级则为目标复合绝缘材料的老化等级，通过该老化程度等级能够判断老化等级程度。
核磁共振回波信号第二横向弛豫时间测试方法包括以下步骤：
S22011、便携式核磁共振检测系统进行测试，启动工作后，在目标复合绝缘材料测量区域建立静态磁场和射频激励磁场；
S22012、通过便携式核磁共振检测系统检测复合绝缘材料的回波信号；
S22013、对回波信号进行傅里叶变换，获得第二横向弛豫时间。
表面憎水性测试方法包括以下步骤：
S22021、用喷壶对复合绝缘材料的伞套表面进行喷洒水雾，使复合绝缘材料表面覆盖一层均匀的水珠或水膜；
S22022、根据DL/T864-2004的标准图谱对复合绝缘材料的憎水性进行评估，分级为HC1~HC7。为了便于训练BP神经网络，令HC1~HC7分别对应1~7。
表面绝缘电阻测试方法包括以下步骤：
S22031、使用一直径约2.5cm的圆形模具压紧复合绝缘材料的伞裙表面；
S22032、沿圆形模具的底部在伞裙表面均匀涂抹导电胶，形成环形导电带；
S22033、将摇表的一个测量电极放置于环形导电带的中心（及伞裙表面上），另一测量电极置于圆环导电胶上，并开始加压测试。
上述任一项所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，在高温硫化硅、常温硫化硅、低温硫化硅复合绝缘材料多参量无损老化检测方面的应用。
对本发明适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法的实施例进行详细说明，以使本领域技术人员更了解本发明：
现场测试某一运行5年220kV电流互感器底部的第一层伞裙的第二横向弛豫时间为113.5ms，憎水性为HC3，绝缘电阻为864GΩ，将测试数据输入BP神经网络，输出结果为A级得分0.94，B级得分0.03，C级得分0.018，D级得分，0.012。在四个等级中A级的得分0.94最高，因此，该试样老化程度属于A级，未老化。
以上所揭露的仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或变型，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1、对目标复合绝缘材料进行现场测试，收集的原始特征参量；
S2、将测量到的原始特征参量作为输入量，输入已训练好的BP神经网络，根据BP神经网络输出的结果得到对目标复合绝缘材料的老化评估；
所述训练好的BP神经网络的训练步骤包括：
S21、采集多个运行的复合绝缘材料；
S22、对复合绝缘材料进行核磁共振回波信号第二横向弛豫时间测试、表面憎水性测试及表面绝缘电阻测试；
S23、将S22测试到的数据作为BP神经网络的输入量，根据测试的类型能够得到BP神经网络的输入层神经元数量；
所述原始特征参量包括：核磁共振回波信号横向弛豫时间、表面憎水性及表面绝缘电阻；
S24、对复合绝缘材料进行精度更高的傅里叶变换红外光谱法根据测试结果，将老化程度划分等级；
S25、根据S24的等级数量确定BP神经网络的输出层神经元数量；
复合绝缘材料老化评估的BP神经网络的输入层-隐含层-输出层的神经元数量分别为3-5-4；
S26、基于S21-S25训练得到复合绝缘材料老化评估的BP神经网络；
将老化程度划分A、B、C、D共4个等级，其中，A级为未老化，A级中的Si-CH3基团吸收峰峰面积大于2；B级为轻度老化，B级中的Si-CH3基团吸收峰峰面积大于等于1小于等于2；C级为老化，C级中的Si-CH3基团吸收峰峰面积大于1且Si-O-Si基团吸收峰峰面积大于30；D级为重度老化，Si-O-Si基团吸收峰峰面积小于30。
2.根据权利要求1所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：所述根据BP神经网络输出的结果得到对目标复合绝缘材料的老化评估具体包括：根据所述BP神经网络的输出层输出的各个老化成程度等级的得分判断测试样品的老化程度，得分最高的老化程度等级则为目标复合绝缘材料的老化等级，通过所述老化程度等级能够判断老化等级程度。
3.根据权利要求1所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：所述复合绝缘材料包括：变压器套管硅橡胶伞裙、互感硅橡胶伞裙及复合绝缘子。
4.根据权利要求1所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：所述核磁共振回波信号横向弛豫时间测试方法包括以下步骤：
S22011、便携式核磁共振检测系统进行测试，启动工作后，在目标复合绝缘材料测量区域建立静态磁场和射频激励磁场；
S22012、通过便携式核磁共振检测系统检测复合绝缘材料的回波信号；
S22013、对回波信号进行傅里叶变换，获得横向弛豫时间。
5.根据权利要求1所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：所述表面憎水性测试方法包括以下步骤：
S22021、用喷壶对复合绝缘材料的伞套表面进行喷洒水雾，使复合绝缘材料表面覆盖一层均匀的水珠或水膜；
S22022、根据DL/T864-2004的标准图谱对复合绝缘材料的憎水性进行评估和分级。
6.根据权利要求1所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：所述表面绝缘电阻测试方法包括以下步骤：
S22031、使用圆形模具压紧复合绝缘材料的伞裙表面；
S22032、沿圆形模具的底部在伞裙表面均匀涂抹导电胶，形成环形导电带；
S22033、将摇表的一个测量电极放置于环形导电带的中心及伞裙表面上，另一测量电极置于圆环导电胶上，并开始加压测试。
7.根据权利要求1-6任一项所述的适用于现场开展的复合绝缘材料老化无损测量方法，其特征在于：在高温硫化硅、常温硫化硅、低温硫化硅的复合绝缘材料多参量无损老化检测方面应用。
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