CN110376236A - 高温硫化硅橡胶填料含量测量方法及装置 - Google Patents

高温硫化硅橡胶填料含量测量方法及装置 Download PDF

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陈原
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王书渊
王辉
张吉飞
王立平
李海峰
李盛
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Abstract

本发明提供一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法及装置，其中，该方法包括以下步骤：对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。由于该方案将热失重分析方法和数据处理方法相结合，对高温硫化硅橡胶进行内部填料含量测量，可以有效地测量获得高电压复合绝缘子伞裙和护套用高温硫化硅橡胶中的填料含量，为电力运维部门准确地把握复合绝缘子的状态特征提供了试验方法和理论依据。

Description

高温硫化硅橡胶填料含量测量方法及装置
技术领域
本发明涉及电力系统高电压有机外绝缘设备状态评价技术领域，特别涉及一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法及装置。
背景技术
针对大规模远距离输电，架空输电线路是最主要的电能传输方式。架空输电线路的重要组成部分之一是绝缘子，绝缘子是在机械上固定、电气上隔离高压导体的绝缘部件。
由有机材料构成的复合绝缘子，其作为架空输电线路的重要组成部分，在电气方面，复合绝缘子要承受长期工作电压的作用以及暂态的操作过电压和雷电过电压的作用；在机械方面，复合绝缘子要承受导线自重的长期机械载荷以及大风、覆冰等天气条件下的其他载荷。除此之外，复合绝缘子还必须有较好的耐气候和耐老化性能，保证复合绝缘子在各种严酷的天气条件下都能稳定可靠的运行，复合绝缘子性能的好坏直接关系到电力系统的安全稳定运行。
在复合绝缘子伞裙和护套材料用高温硫化硅橡胶材料中，含有大量的无机填料，其中最常用的包括三水合铝(氢氧化铝)和白炭黑(二氧化硅)，其作用是提高硅橡胶材料的机械性能和耐电蚀性能，使得高温硫化硅橡胶材料可以长期在户外环境和强电场作用下安全稳定运行。需要明确指出的是，无机填料的添加，并非添加含量越多就越有利于复合绝缘子的长期稳定运行，不同的填料配方需要经过严格的试验证明，才可以投入到实际的使用中。
对于电力运维部门而言，掌握实际运行的复合绝缘子伞裙和护套硅橡胶材料中的填料含量，具有重要的工程价值，一方面，过低的填料含量(即过高的硅橡胶基体含量)，会导致复合绝缘子造价增加且机械性能降低，另一方面，过高的填料含量(即过低的硅橡胶基体含量)会导致复合绝缘子的憎水迁移性能下降，无法在污秽环境中保持优异的防污闪性能，因此，为了控制实际运行的复合绝缘子中的合理的填料含量水平，有必要首先掌握可靠的分析高电压复合绝缘子伞裙与护套用高温硫化硅橡胶填料含量的测量方法，以便合理控制输电线路工程造价且保证复合绝缘子长期运行性能。
发明内容
本发明实施例提供了一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法及装置，可以有效地测量获得高电压复合绝缘子伞裙和护套用高温硫化硅橡胶中的填料含量。
本发明实施例提供了一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，该方法包括：
对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；
对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。本发明实施例还提供了一种高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，该装置包括：
热失重试验模块，用于对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；
热失重曲线分析模块，用于对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述高温硫化硅橡胶填料含量测量方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述高温硫化硅橡胶填料含量测量方法的计算机程序。
在本发明实施例中，将热失重分析方法和数据处理方法相结合，对高温硫化硅橡胶进行内部填料含量测量，可以有效地测量获得高电压复合绝缘子伞裙和护套用高温硫化硅橡胶中的填料含量，为电力运维部门准确地把握复合绝缘子的状态特征提供了试验方法和理论依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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是本发明实施例提供的一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种硅橡胶样品的热失重曲线读取坐标方法示意图；
图3是本发明实施例提供的一种高温硫化硅橡胶填料含量测量装置结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例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做出创造性劳动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。
在本发明实施例中，提供了一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，如图1所示，该方法包括：
步骤101：对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；
步骤102：对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。
对待测(复合绝缘子伞裙和护套用)高温硫化硅橡胶样品尺寸没有严格要求。样品可以从新出厂的复合绝缘子伞裙和护套上取样，也可以从实际运行中的复合绝缘子伞裙和护套上取样。
在本发明实施例中，步骤101中，将待测高温硫化硅橡胶样品使用Mettler ToledoTGA/DSCI型热失重分析仪进行分析，分析样品在50℃～800℃温度范围内的热失重曲线。
在对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验时，需要设定升温速度，优选的升温速度范围可以是10℃/min～40℃/min。
在对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验时，需要设定保护气体氛围，优选的保护气体可以是空气(air)、氧气(O2)、氮气(N2)、氩气(Ar)其中之一。
在对高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验时，需要设定保护气体的气流速度，优选的保护气体的气流速度为50mL/min～100mL/min。
在本发明实施例中，步骤101中，按照如下方式对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量：
在线性坐标中分析所述热失重曲线，如图2所示，获取热失重曲线上的初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的坐标，坐标形式为(温度，质量)；
根据初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的质量，确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量。
具体的，如图2所示，在高温硫化硅橡胶样品的热失重曲线上，读取初始点A、第一个拐点B，第二个拐点C和终点D的坐标，分别为(TA,mA)、(TB,mB)、(TC,mC)、(TD,mD)。
在点A和点B之间的高温硫化硅橡胶热失重，是由于三水合铝填料失水造成的，即2Al(OH)3＝Al2O3+3H2O↑，因为三水合铝的分子量为78，氧化铝的分子量为51，水分子的分子量为18，由此可知，在点A和点B之间的热失重为溢出的水分子的质量，且溢出的水分子的质量为全部三水合铝填料质量的54/156＝34.6％。54为3个水分子的分子量，156为2个三水合铝的分子量。
记做在点A和点B之间的失水所导致的重量变化m1，则在高温硫化硅橡胶中，全部的三水合铝填料的质量为m1/34.6％。
在点B和点C之间的高温硫化硅橡胶的热失重，是由于硅橡胶基体的热分解导致的，因此，在点B和点C之间的重量变化m2，即为高温硫化硅橡胶中所含有的硅橡胶基体的质量。
在点C和终点D之间，高温硫化硅橡胶的质量不再发生变化，此时剩余质量(m3+m4)为无机氧化物填料质量(m3)和三水合铝热分解后生产的氧化铝的质量(m4)，其中，氧化铝的质量m4＝m1/52.9％。
通过点A、B、C、D的坐标，可以计算出上述m1，m2，m3，m4的具体数值，即：
综上，即可获得高温硫化硅橡胶中的填料的含量，即三水合铝的含量为m1+m4，无机氧化物填料含量为m3，硅橡胶基体含量为m2。
基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，如下面的实施例所述。由于高温硫化硅橡胶填料含量测量装置解决问题的原理与高温硫化硅橡胶填料含量测量方法相似，因此高温硫化硅橡胶填料含量测量装置的实施可以参见高温硫化硅橡胶填料含量测量方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。
图3是本发明实施例的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置结构框图，如图3所示，包括：
热失重试验模块301，用于对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；
热失重曲线分析模块302，用于对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。
在本发明实施例中，所述热失重试验模块301具体用于：
在50℃～800℃温度范围内对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验。
在本发明实施例中，所述热失重试验模块301具体用于：
按照设定的升温速度对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，设定的升温速度的范围为10℃/min～40℃/min。
在本发明实施例中，所述热失重试验模块301具体用于：
在设定的保护气体氛围内对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，所述保护气体为空气、氧气、氮气或氩气。
在本发明实施例中，所述热失重试验模块301具体用于：
按照设定的保护气体的气流速度对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，所述气流速度的范围为50mL/min～100mL/min。
在本发明实施例中，所述热失重曲线分析模块302具体用于：
按照如下方式对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量：
在线性坐标中分析所述热失重曲线，获取热失重曲线上的初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的坐标，坐标形式为(温度，质量)；
根据初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的质量，确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量。
在本发明实施例中，所述热失重曲线分析模块302具体用于：
按照如下公式确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量：
其中，m1+m4为高温硫化硅橡胶中所含有的三水合铝的含量；m1为初始点与第一个拐点之间失水所导致的重量变化值；m2为高温硫化硅橡胶中所含有的硅橡胶基体含量；m3为高温硫化硅橡胶中所含有的无机氧化物填料含量；m4为；mA为初始点的质量；mB为第一个拐点的质量；mC为第二个拐点的质量；mD为终点的质量。
本发明实施例还提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述所述高温硫化硅橡胶填料含量测量方法。
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述所述高温硫化硅橡胶填料含量测量方法的计算机程序。
综上所述，本发明由于采用了上述技术方案，其在分析高温硫化硅橡胶中的组分含量时，可以精确的获得不同填料、硅橡胶基体的质量百分比，且具有以下优点：
(1)本发明由于采用了鲁棒性优异的热失重参数控制方法，使得样品的制样、热失重试验便于在不同的试验条件下进行，且在不同的试验条件下(不同的升温速度、不同的气体氛围、不同的气体流速)，所获得的结果是唯一且准确的，本发明为电力系统运行人员提供判断高温硫化硅橡胶中填料含量提供了有效便利的分析方法。
(2)本发明在确定各个失重区域的具体坐标时，并非采取常规的使用温度点的方法来获得，在本发明中，使用了基于热失重曲线斜率变化的方式来确定各个失重区域的具体坐标，该方法显著提高了本方面的鲁棒性，使得本方法可以在不同的试验参数下都可以获得准确的高温硫化硅橡胶中的填料含量。
(3)本方法在分析高温硫化硅橡胶中的填料含量时，将具有热失重特性的三水合铝与不具有热失重特性的无机氧化物填料进行了区分处理，因此，使得本方法可以适用于所有种类的到高电压复合绝缘子伞裙和护套用高温硫化硅橡胶材料，而不用考虑因厂家、配方等的不同而导致的无法判断。
(4)本方法的测量精度可小于1％，因此本方法可以为精确分析高电压复合绝缘子伞裙与护套用高温硫化硅橡胶填料含量提供有力的技术支持。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，包括：
对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；
对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。
2.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，包括：
在50℃～800℃温度范围内对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验。
3.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，包括：
按照设定的升温速度对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，设定的升温速度的范围为10℃/min～40℃/min。
4.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，包括：
在设定的保护气体氛围内对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，所述保护气体为空气、氧气、氮气或氩气。
5.如权利要求4所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，包括：
按照设定的保护气体的气流速度对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，所述气流速度的范围为50mL/min～100mL/min。
6.如权利要求1所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，按照如下方式对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量：
在线性坐标中分析所述热失重曲线，获取热失重曲线上的初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的坐标，坐标形式为(温度，质量)；
根据初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的质量，确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量。
7.如权利要求6所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量方法，其特征在于，按照如下公式确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量：
其中，m1+m4为高温硫化硅橡胶中所含有的三水合铝的含量；m1为初始点与第一个拐点之间失水所导致的重量变化值；m2为高温硫化硅橡胶中所含有的硅橡胶基体含量；m3为高温硫化硅橡胶中所含有的无机氧化物填料含量；m4为氧化铝的质量；mA为初始点的质量；mB为第一个拐点的质量；mC为第二个拐点的质量；mD为终点的质量。
8.一种高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，包括：
热失重试验模块，用于对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验，获得热失重曲线；
热失重曲线分析模块，用于对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量。
9.如权利要求8所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，所述热失重试验模块具体用于：
在50℃～800℃温度范围内对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验。
10.如权利要求8所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，所述热失重试验模块具体用于：
按照设定的升温速度对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，设定的升温速度的范围为10℃/min～40℃/min。
11.如权利要求8所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，所述热失重试验模块具体用于：
在设定的保护气体氛围内对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，所述保护气体为空气、氧气、氮气或氩气。
12.如权利要求8所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，所述热失重试验模块具体用于：
按照设定的保护气体的气流速度对待测高温硫化硅橡胶样品进行热失重试验；
其中，所述气流速度的范围为50mL/min～100mL/min。
13.如权利要求8所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，所述热失重曲线分析模块具体用于：
按照如下方式对所述热失重曲线进行分析，获得待测高温硫化硅橡胶样品中不同填料的含量：
在线性坐标中分析所述热失重曲线，获取热失重曲线上的初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的坐标，坐标形式为(温度，质量)；
根据初始点、第一个拐点、第二个拐点和终点的质量，确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量。
14.如权利要求13所述的高温硫化硅橡胶填料含量测量装置，其特征在于，所述热失重曲线分析模块具体用于：
按照如下公式确定三水合铝的含量、无机氧化物填料含量和硅橡胶基体含量：
其中，m1+m4为高温硫化硅橡胶中所含有的三水合铝的含量；m1为初始点与第一个拐点之间失水所导致的重量变化值；m2为高温硫化硅橡胶中所含有的硅橡胶基体含量；m3为高温硫化硅橡胶中所含有的无机氧化物填料含量；m4为氧化铝的质量；mA为初始点的质量；mB为第一个拐点的质量；mC为第二个拐点的质量；mD为终点的质量。
15.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7任一所述高温硫化硅橡胶填料含量测量方法。
16.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有执行权利要求1至7任一所述高温硫化硅橡胶填料含量测量方法的计算机程序。
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