CN112034318A - 一种复合绝缘子老化程度量化评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示本发明公开的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，包括以下步骤：对复合绝缘子进行核磁共振试验，得到横向弛豫时间T2；对复合绝缘子进行红外光谱测试，计算出红外吸收峰面积S；对横向弛豫时间T2和红外吸收峰面积S进行归一化处理；对复合绝缘子老化程度进行量化评估；根据步骤4复合绝缘子老化程度量化评估结果，结合行业相关标准制定相应的运维处理办法。本发明提出的方法具有测量方便、工作量小、测量数据准确等优点，实现了复合绝缘子老化程度的量化评估。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统绝缘技术领域，具体地，涉及一种复合绝缘子老化程度量化评估方法。
背景技术
硅橡胶复合绝缘子作为输电线路重要的外绝缘介质，其在国内的使用已经有近40年的历史。与传统的玻璃绝缘子和陶瓷绝缘子相比，硅橡胶复合绝缘子具有重量轻、耐污性能好，维护方便等优点。但是硅橡胶材料是有机材料，与陶瓷和玻璃等无机材料不同，有机材料的分子键容易发生断裂，尤其在高湿电晕放电等环境因素作用下，高分子容易发生分解和降解，导致有机材料老化。复合绝缘子发生老化后，表面憎水性下降，电气性能和机械性能都会随之下降，耐电蚀和耐污闪的能力显著降低，事故发生率大大提高，这对输电线路的可靠运行是极其不利的。
传统的复合绝缘子老化评估方法主要分为两大类：一是物理结构特性测试，如憎水性测试、超声探伤、X射线成像等，通过观察物理结构上的缺陷来判定绝缘子的老化程度，但此类方法受仪器精度及主观因素影响较大；二是电气性能测试，如泄漏电流测试、红外测温、紫外测试等，以带电检测的形式对设备绝缘性能进行测试，进而评估绝缘子的老化程度，但此类方法会受到环境因素、观察角度以及表面污秽状况的影响。另外，目前对于复合绝缘子老化程度和状态的判断，尚无具体的量化指标和统一的判断依据，过度依赖现场试验人员的经验，主观性较强，不利于复合绝缘子老化状态的精细化和差异化管理。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种复合绝缘子老化程度量化评估方法。
本发明公开的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，包括以下步骤：
步骤1：对复合绝缘子进行核磁共振试验，得到绝缘子的CPMG回波信号，对绝缘子的CPMG回波信号进行指数拟合，得到横向弛豫时间T2；
步骤2：对复合绝缘子进行红外光谱测试，获得测试样品的红外光谱图，根据红外光谱图计算Si-O-Si基团的红外吸收峰面积S；
步骤3：以复合绝缘子新出厂时的试验数据为基准值，对横向弛豫时间T2和红外吸收峰面积S进行归一化处理，具体公式如下：
其中，T2'横向弛豫时间的归一化数值，S'为Si-O-Si红外吸收峰面积的归一化数值，Tnew和Snew分别为该绝缘子新出厂时对应的数值，可以从出厂参数中获得；
步骤4：对复合绝缘子老化程度进行量化评估；
步骤5：根据步骤4复合绝缘子老化程度量化评估结果，结合行业相关标准制定相应的运维处理办法。
根据本发明的一实施方式，步骤1中，试验设备为NMI20核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列激励样品，具体试验参数为：共振频率5.721MHz，脉冲宽度11s，180°脉冲幅值-20dB，90°脉冲幅值-14dB，回波时间120s，回波个数2000个，重复时间2000ms，重复次数256次，采样点数64个，采样时间间隔1s。
根据本发明的一实施方式，步骤1中，横向弛豫时间T2反映了复合绝缘子硅橡胶材料中氢原子的状态，可以反映复合绝缘子的老化程度。
根据本发明的一实施方式，步骤2中，试验设备为Nicolet Is5型傅里叶变换红外光谱仪，应用全反射附件，全反射棱镜由ZnSe晶体组成，扫描范围600～4000cm-1，分辨率4cm-1，扫描次数32次。
根据本发明的一实施方式，步骤2中，Si-O-Si基团对应的红外吸收峰面积S为本底线和红外吸收峰曲线所包围的封闭图形的面积，所述面积能够在OMNIC软件中自动计算得出。
根据本发明的一实施方式，步骤2中，红外吸收峰面积S反映了复合绝缘子硅橡胶主链断裂情况，可以反映复合绝缘子的老化程度。
根据本发明的一实施方式，步骤4中，复合绝缘子老化程度等级分为三级，T2'和S'与老化程度的对应关系如表1所示：
表1复合绝缘子老化程度量化分级：
| 老化等级 | III级 | II级 | I级 |
| T2' | 0～0.5 | 0.5～0.65 | 0.65～1 |
| S' | 0～0.8 | 0.8～0.88 | 0.88～1 |
根据本发明的一实施方式，步骤5中，运维处理办法与老化登记的对应关系如表2所示：
表2对各老化等级的相应处理办法：
| 老化等级 | 运维处理办法 |
| I级 | 保持正常运行 |
| II级 | 继续跟踪检测 |
| III级 | 退出运行 |
本发明的有益效果是：本发明提出的方法具有测量方便、工作量小、测量数据准确等优点，实现了复合绝缘子老化程度的量化评估。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为本发明一种复合绝缘子老化程度量化评估方法的流程图；
图2为实施例中核磁共振试验中横向弛豫时间T2的测量方法示意图；
图3为实施例中红外光谱测试中Si-O-Si基团的红外吸收峰面积S的计算方法示意图。
具体实施方式
以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示之。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明一种复合绝缘子老化程度量化评估方法的实施例，流程如图1所示，包括以下步骤：
步骤1：对复合绝缘子进行核磁共振试验，得到绝缘子的CPMG回波信号，对绝缘子的CPMG回波信号进行指数拟合，得到横向弛豫时间T2；
步骤2：对复合绝缘子进行红外光谱测试，获得测试样品的红外光谱图，根据红外光谱图计算Si-O-Si基团的红外吸收峰面积S；
步骤3：以复合绝缘子新出厂时的试验数据为基准值，对横向弛豫时间T2和红外吸收峰面积S进行归一化处理，具体公式如下：
其中，T2'横向弛豫时间的归一化数值，S'为Si-O-Si红外吸收峰面积的归一化数值，Tnew和Snew分别为该绝缘子新出厂时对应的数值，可以从出厂参数中获得；
步骤4：对复合绝缘子老化程度进行量化评估；
步骤5：根据步骤4复合绝缘子老化程度量化评估结果，结合行业相关标准制定相应的运维处理办法。
步骤1中，横向弛豫时间T2的测量方法如图2所示，试验设备为NMI20核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列激励样品；具体试验参数为：共振频率5.721MHz，脉冲宽度11s，180°脉冲幅值-20dB，90°脉冲幅值-14dB，回波时间120s，回波个数2000个，重复时间2000ms，重复次数256次，采样点数64个，采样时间间隔1s；将核磁共振分析仪的前端传感器部分夹持在复合绝缘子样品的高压端进行检测，可以得到绝缘子的CPMG回波信号；对绝缘子的CPMG回波信号进行指数拟合，得到横向弛豫时间T2；横向弛豫时间反映了复合绝缘子硅橡胶材料中氢原子的状态，因此可以反映复合绝缘子的老化程度。
图2中，原始数据为核磁共振试验中绝缘子的CPMG回波信号幅值经归一化处理后的数值，利用MATLAB软件进行指数拟合得到一条拟合曲线。由于横向驰豫时间为横向磁化强度矢量衰减到最大值的37％所需时间，因此在曲线上找到归一化幅值为0.37的一点，该点对应的横坐标值即为横向弛豫时间T2。
步骤2中，红外吸收峰面积S的计算方法如图3所示，试验设备为Nicolet Is5型傅里叶变换红外光谱仪，应用全反射附件，全反射棱镜由ZnSe晶体组成，扫描范围600～4000cm-1，分辨率4cm-1，扫描次数32次。对复合绝缘子样品进行红外光谱测试，获得测试样品的红外光谱图，根据红外光谱图计算Si-O-Si基团的红外吸收峰面积S。所述面积反映了复合绝缘子硅橡胶主链断裂情况，因此可以反映复合绝缘子的老化程度。
图3中，Si-O-Si基团对应的红外吸收峰的波数为1000cm-1～1100cm-1。将红外光谱图导入OMNIC软件，在图中确定需要计算的红外吸收峰的左右边界点，连接左右边界点的直线即为本底线，本底线与吸收峰曲线的左右两端均相切。Si-O-Si基团对应的红外吸收峰面积S即为本底线和红外吸收峰曲线所包围的封闭图形的面积，如图中阴影部分所示。所述面积能够在OMNIC软件中自动计算得出。
步骤4中，复合绝缘子老化程度等级分为三级，T2'和S'与老化程度的对应关系如表1所示：
表1复合绝缘子老化程度量化分级：
| 老化等级 | III级 | II级 | I级 |
| T2' | 0～0.5 | 0.5～0.65 | 0.65～1 |
| S' | 0～0.8 | 0.8～0.88 | 0.88～1 |
其中，三个等级的老化程度按严重性排序依次为：III级>II级>I级。若根据T2'和S'所确定的复合绝缘子老化程度不属于同一级，则按照不漏判老化程度更严重的绝缘子的原则，将该绝缘子判为更高的老化等级。
步骤5中，运维处理办法与老化登记的对应关系如表2所示：
表2对各老化等级的相应处理办法：
其中，老化等级为I级，可以保持正常运行，老化等级为II级，需继续跟踪监测，当老化等级达到III级，则不能再继续使用，需要退出运行。
上所述仅为本发明的实施方式而已，并不用于限制本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原理的内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的权利要求范围之内。
Claims (8)
1.一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：对复合绝缘子进行核磁共振试验，得到绝缘子的CPMG回波信号，对绝缘子的CPMG回波信号进行指数拟合，得到横向弛豫时间T2；
步骤2：对复合绝缘子进行红外光谱测试，获得测试样品的红外光谱图，根据红外光谱图计算Si-O-Si基团的红外吸收峰面积S；
步骤3：以复合绝缘子新出厂时的试验数据为基准值，对横向弛豫时间T2和红外吸收峰面积S进行归一化处理，具体公式如下：
其中，T2'横向弛豫时间的归一化数值，S'为Si-O-Si红外吸收峰面积的归一化数值，Tnew和Snew分别为该绝缘子新出厂时对应的数值，可以从出厂参数中获得；
步骤4：对复合绝缘子老化程度进行量化评估；
步骤5：根据步骤4复合绝缘子老化程度量化评估结果，结合行业相关标准制定相应的运维处理办法。
2.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤1中，试验设备为NMI20核磁共振分析仪，采用CPMG脉冲序列激励样品，具体试验参数为：共振频率5.721MHz，脉冲宽度11s，180°脉冲幅值-20dB，90°脉冲幅值-14dB，回波时间120s，回波个数2000个，重复时间2000ms，重复次数256次，采样点数64个，采样时间间隔1s。
3.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤1中，横向弛豫时间T2反映了复合绝缘子硅橡胶材料中氢原子的状态，可以反映复合绝缘子的老化程度。
4.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤2中，试验设备为Nicolet Is5型傅里叶变换红外光谱仪，应用全反射附件，全反射棱镜由ZnSe晶体组成，扫描范围600～4000cm-1，分辨率4cm-1，扫描次数32次。
5.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤2中，Si-O-Si基团对应的红外吸收峰面积S为本底线和红外吸收峰曲线所包围的封闭图形的面积，所述面积能够在OMNIC软件中自动计算得出。
6.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤2中，红外吸收峰面积S反映了复合绝缘子硅橡胶主链断裂情况，可以反映复合绝缘子的老化程度。
7.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤4中，复合绝缘子老化程度等级分为三级，T2'和S'与老化程度的对应关系如表1所示：
表1 复合绝缘子老化程度量化分级：
8.根据权利要求1所述的一种复合绝缘子老化程度量化评估方法，其特征在于，所述步骤5中，运维处理办法与老化登记的对应关系如表2所示：
表2 对各老化等级的相应处理办法：
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