CN108007896A - 一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法，主要包括：利用太赫兹实验***产生的频率范围为0.02～2THz的脉冲波，对含内部缺陷的硅橡胶复合绝缘件样品进行试验研究，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型；通过获得典型内部缺陷的太赫兹反射特征时域波形图谱，得出硅橡胶复合绝缘件内部缺陷位置和形状尺寸与太赫兹波时域特征量的对应关系。本发明提供的太赫兹技术在电力***中各类复合绝缘件内部隐蔽性缺陷的远场无损快速检测方法，为输变电设备迈入全面复合化奠定了基础。
Description
技术领域
本发明属于电力检测技术领域，特别涉及一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法。
背景技术
在大力发展全球能源互联网输电的背景下，复合绝缘已成为特高压交直流设备、输电线路的主流选择，在各电压等级，全复合化变电站、全复合横担线路的工程设计和应用也将在电网中占据越来越重要的比重。在输变电工程推广使用复合绝缘材料设备前，应确保各类复合绝缘产品到货后进行抽样试验，并进行严格质量考核。但现状是，复合绝缘件内部隐蔽缺陷检测能力严重缺失，不利于此类产品大面积入网前的质量管控和运维管理。
由于制造工艺的原因，很多复合绝缘产品(如：复合套管、复合支柱绝缘子、复合横担等)内部存在着多种界面,如伞裙和护套、护套与芯棒(绝缘筒)、芯棒(绝缘筒)与端头金属附件以及芯棒(绝缘筒)的玻璃纤维和浸渍树脂之间的界面。如果在运行中，有一个界面出现缝隙，会在绝缘件中形成薄弱环节，特别是当水分或潮气进入缝隙中，绝缘件的绝缘性能会急剧下降，引起放电和击穿故障。
但是由于复合绝缘件的特殊性质，传统的X射线、超声波均因为衰减或散射等原因无法对其内部的微小气隙、裂纹等缺陷进行精确检测，导致很多带有缺陷的设备部件投运后短时间内即发生了击穿、断裂等故障。以复合绝缘子为例，多年来复合绝缘子的耐陡波冲击性能是衡量绝缘子内部性能优劣的重要标志之一。现有悬式复合绝缘子的陡波冲击试验是按照1992年版IEC61109标准的规定，主要针对新入网绝缘子分段施加陡度1000～1500kV/us的冲击电压，该陡度远低于瓷、玻璃绝缘子4000～5000kV/us的陡波试验水平，而复合绝缘子与瓷、玻璃绝缘子所承受的雷电冲击波并无本质差异。华北电科院等研究机构曾对复合绝缘子陡波参数值水平过低提出质疑，认为其仅对严重缺陷有效果，不易检测出绝缘子内部比较微小的缺陷。从江苏省对复合绝缘子陡波试验的情况来看，极少在现行陡度标准下检验出不合格产品。适当提高陡波试验陡度加强对运行一定年限的绝缘子内部绝缘性能无疑具有更严格的考核能力，但有研究也表明过高的陡度也有可能造成正常绝缘子内绝缘的损坏。另一方面，国内外针对变电站空心复合套管、复合横担的内部缺陷在出厂或到货现场，尚未提出行之有效的内部缺陷检测手段，无法检验是否存在运输、安装过程中的隐蔽损伤。因此，可考虑采用新型的无损检测手段检测绝缘子的生产质量和运行情况，尽早发现故障隐患，避免因绝缘子发生故障威胁到电网安全。
发明内容
本发明提供一种太赫兹技术在电力***中各类复合绝缘件内部隐蔽性缺陷的远场无损快速检测方法，为输变电设备迈入全面复合化奠定了基础。
本发明具体为一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法，所述缺陷检测方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：基于电磁场理论对复合绝缘件进行数学建模和仿真分析，分析太赫兹技术用于复合绝缘件内部缺陷远场无损检测的可行性；
步骤(2)：利用太赫兹实验***产生的频率范围为0.02～2THz的脉冲波，对含内部缺陷的硅橡胶复合绝缘件样品进行试验研究，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；
步骤(3)：通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型；
步骤(4)：建立基于太赫兹技术的复合绝缘子内部隐蔽性缺陷远场无损检测方法的物理模型和特征量数据库；
步骤(5)：通过获得典型内部缺陷的太赫兹反射特征时域波形图谱，得出硅橡胶复合绝缘件内部缺陷位置和形状尺寸与太赫兹波时域特征量的对应关系。
所述缺陷包括气隙缺陷和导通性缺陷。
所述太赫兹实验***包括超快钛宝石飞秒激光器、分束镜、过渡平面镜、光栅色散预补偿器、延迟扫描控制单元、光导天线THz发射器、电力高分子复合材料样品、光导天线THz接收器、二维机械扫描平移台和计算机控制及数据采集***，所述光栅色散预补偿器通过光纤与所述延迟扫描控制单元连接，所述延迟扫描控制单元还通过光纤分别与所述光导天线THz发射器和所述光导天线THz接收器连接，所述计算机控制及数据采集***通过数据与信号控制线分别与所述延迟扫描控制单元和所述二维机械扫描平移台实现双向通信；所述太赫兹实验***用于确定时域THz波幅值、时延、其与参考曲线的欧式距离与待测对象位置和尺寸的对应关系，确定THz波频谱在特定频率处的幅度、相位与待测对象组成的对应关系。
所述太赫兹实验***的工作流程为：飞秒激光经过两级分束镜和过渡平面镜入射至光栅色散预补偿器进行正群速度色散预补偿；经过色散预补偿的飞秒激光耦合进入保偏单模光纤，并经由光纤传输到延迟扫描控制单元；飞秒激光在延迟扫描控制单元内部被分束为泵浦光和探测光；泵浦光由光纤传输至光导天线THz发射器，激发低温生长的GaAs光导天线后辐射出时域持续时间为5ps、频谱范围为0.02～2THz、平均功率为100nW的脉冲THz辐射；探测光经过延迟扫描控制单元中的延迟线由光纤传输至光导天线THz接收器，激发GaAs光导天线实现对THz辐射的瞬时电场强度测量；调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到THz脉冲的时域波形；通过测量与电力硅橡胶复合绝缘件样品作用前后的THz信号提取出电力硅橡胶复合绝缘件样品的THz光谱信息；通过二维机械扫描平移台对样品进行二维栅格式扫描实现THz光谱检测；测量电力硅橡胶复合绝缘件样品各点的反射太赫兹脉冲波形，经过傅立叶变换得到对应的频谱。
附图说明
图1为本发明中的太赫兹实验***的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法的具体实施方式做详细阐述。
本发明的缺陷检测方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：基于电磁场理论对复合绝缘件进行数学建模和仿真分析，分析太赫兹技术用于复合绝缘件内部缺陷远场无损检测的可行性；
步骤(2)：利用太赫兹实验***产生的频率范围为0.02～2THz的脉冲波，对含内部缺陷的硅橡胶复合绝缘件样品进行试验研究，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；
步骤(3)：通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型；
步骤(4)：建立基于太赫兹技术的复合绝缘子内部隐蔽性缺陷远场无损检测方法的物理模型和特征量数据库；
步骤(5)：通过获得典型内部缺陷的太赫兹反射特征时域波形图谱，得出硅橡胶复合绝缘件内部缺陷位置和形状尺寸与太赫兹波时域特征量的对应关系。
所述缺陷包括气隙缺陷和导通性缺陷。
如图1所示，所述太赫兹实验***包括超快钛宝石飞秒激光器、分束镜、过渡平面镜、光栅色散预补偿器、延迟扫描控制单元、光导天线THz发射器、电力高分子复合材料样品、光导天线THz接收器、二维机械扫描平移台和计算机控制及数据采集***，所述光栅色散预补偿器通过光纤与所述延迟扫描控制单元连接，所述延迟扫描控制单元还通过光纤分别与所述光导天线THz发射器和所述光导天线THz接收器连接，所述计算机控制及数据采集***通过数据与信号控制线分别与所述延迟扫描控制单元和所述二维机械扫描平移台实现双向通信；所述太赫兹实验***用于确定时域THz波幅值、时延、其与参考曲线的欧式距离与待测对象位置和尺寸的对应关系，确定THz波频谱在特定频率处的幅度、相位与待测对象组成的对应关系。
所述太赫兹实验***的工作流程为：飞秒激光经过两级分束镜和过渡平面镜入射至光栅色散预补偿器进行正群速度色散预补偿；经过色散预补偿的飞秒激光耦合进入保偏单模光纤，并经由光纤传输到延迟扫描控制单元；飞秒激光在延迟扫描控制单元内部被分束为泵浦光和探测光；泵浦光由光纤传输至光导天线THz发射器，激发低温生长的GaAs光导天线后辐射出时域持续时间为5ps、频谱范围为0.02～2THz、平均功率为100nW的脉冲THz辐射；探测光经过延迟扫描控制单元中的延迟线由光纤传输至光导天线THz接收器，激发GaAs光导天线实现对THz辐射的瞬时电场强度测量；调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到THz脉冲的时域波形；通过测量与电力硅橡胶复合绝缘件样品作用前后的THz信号提取出电力硅橡胶复合绝缘件样品的THz光谱信息；通过二维机械扫描平移台对样品进行二维栅格式扫描实现THz光谱检测；测量电力硅橡胶复合绝缘件样品各点的反射太赫兹脉冲波形，经过傅立叶变换得到对应的频谱。
最后应该说明的是，结合上述实施例仅说明本发明的技术方案而非对其限制。所属领域的普通技术人员应当理解到，本领域技术人员可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，但这些修改或变更均在申请待批的权利要求保护范围之中。
Claims (4)
1.一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法，其特征在于，所述缺陷检测方法具体包括如下步骤：
步骤(1)：基于电磁场理论对复合绝缘件进行数学建模和仿真分析，分析太赫兹技术用于复合绝缘件内部缺陷远场无损检测的可行性；
步骤(2)：利用太赫兹实验***产生的频率范围为0.02～2THz的脉冲波，对含内部缺陷的硅橡胶复合绝缘件样品进行试验研究，通过分析接收信号的时域幅值、时延以及其与参考曲线的欧式距离，确定样品内部缺陷的位置和尺寸；
步骤(3)：通过分析接收信号频谱在特定频率处的幅度和相位，确定样品内部缺陷各部分的物质组分，进而识别内部缺陷的类型；
步骤(4)：建立基于太赫兹技术的复合绝缘子内部隐蔽性缺陷远场无损检测方法的物理模型和特征量数据库；
步骤(5)：通过获得典型内部缺陷的太赫兹反射特征时域波形图谱，得出硅橡胶复合绝缘件内部缺陷位置和形状尺寸与太赫兹波时域特征量的对应关系。
2.根据权利要求1所述的一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法，其特征在于，所述缺陷包括气隙缺陷和导通性缺陷。
3.根据权利要求2所述的一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法，其特征在于，所述太赫兹实验***包括超快钛宝石飞秒激光器、分束镜、过渡平面镜、光栅色散预补偿器、延迟扫描控制单元、光导天线THz发射器、电力高分子复合材料样品、光导天线THz接收器、二维机械扫描平移台和计算机控制及数据采集***，所述光栅色散预补偿器通过光纤与所述延迟扫描控制单元连接，所述延迟扫描控制单元还通过光纤分别与所述光导天线THz发射器和所述光导天线THz接收器连接，所述计算机控制及数据采集***通过数据与信号控制线分别与所述延迟扫描控制单元和所述二维机械扫描平移台实现双向通信；所述太赫兹实验***用于确定时域THz波幅值、时延、其与参考曲线的欧式距离与待测对象位置和尺寸的对应关系，确定THz波频谱在特定频率处的幅度、相位与待测对象组成的对应关系。
4.根据权利要求3所述的一种电力硅橡胶复合绝缘件的缺陷检测方法，其特征在于，所述太赫兹实验***的工作流程为：飞秒激光经过两级分束镜和过渡平面镜入射至光栅色散预补偿器进行正群速度色散预补偿；经过色散预补偿的飞秒激光耦合进入保偏单模光纤，并经由光纤传输到延迟扫描控制单元；飞秒激光在延迟扫描控制单元内部被分束为泵浦光和探测光；泵浦光由光纤传输至光导天线THz发射器，激发低温生长的GaAs光导天线后辐射出时域持续时间为5ps、频谱范围为0.02～2THz、平均功率为100nW的脉冲THz辐射；探测光经过延迟扫描控制单元中的延迟线由光纤传输至光导天线THz接收器，激发GaAs光导天线实现对THz辐射的瞬时电场强度测量；调节延迟装置改变两束光的时间延迟，扫描得到THz脉冲的时域波形；通过测量与电力硅橡胶复合绝缘件样品作用前后的THz信号提取出电力硅橡胶复合绝缘件样品的THz光谱信息；通过二维机械扫描平移台对样品进行二维栅格式扫描实现THz光谱检测；测量电力硅橡胶复合绝缘件样品各点的反射太赫兹脉冲波形，经过傅立叶变换得到对应的频谱。
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