一種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及一種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電線路良好的外絕緣狀態(tài)是電力系統(tǒng)安全運行的重要保障。以復(fù)合絕緣子(合成絕緣子)、增爬裙和室溫硫化硅橡膠涂料(RTV涂料)為代表的硅橡膠材料在電力系統(tǒng)外絕緣領(lǐng)域大量使用后，外絕緣設(shè)備的耐污閃能力才得到顯著改善。
[0003]復(fù)合材料在長期運行過程當中，受到電場、溫度、濕度等因素的影響會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，造成復(fù)合材料的性能下降，從而威脅到輸電線路的安全穩(wěn)定運行。因此，對于輸電線路復(fù)合材料老化狀態(tài)進行判斷具有重要的意義。
[0004]硅橡膠材料是電力系統(tǒng)常用的復(fù)合絕緣材料，其被廣泛應(yīng)用于高電壓外絕緣領(lǐng)域。長期運行后，硅橡膠材料會出現(xiàn)老化現(xiàn)象，造成其性能下降。為保證輸電線路外絕緣的可靠性，需要對于輸電線路復(fù)合絕緣材料的老化情況進行判定。
[0005]目前，復(fù)合絕緣材料老化判定的方法有傅里葉變換紅外光譜法(FTIR)，熱重分析(TG)等化學(xué)分析方法，憎水性測試以及振動聲學(xué)檢測等方法。但憎水性測試難以對復(fù)合材料的老化進行有效判定，化學(xué)分析方法需進行破壞性試驗獲取試樣且無法在現(xiàn)場進行，而振動聲學(xué)檢測等方法則僅適用于復(fù)合材料老化出現(xiàn)較大缺陷的情況。
[0006]通常，材料的老化是從表層到內(nèi)部逐漸發(fā)生的過程，材料的化學(xué)組成成分和各種物理性能也隨著老化的發(fā)生呈現(xiàn)從內(nèi)部到變化的過程。通過切片的方式可以在一定程度上表征材料的內(nèi)部與表面不同狀態(tài)，但這種方式非常的粗略，難以得到Z軸方向(深度方向)材料成分變化的精細過程信息。因此尋找復(fù)合材料從表面到內(nèi)部的變化趨勢(材料成分或者性能)表征和檢測方法是目前急需的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的主要目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測方法，實現(xiàn)對復(fù)合材料老化狀態(tài)快速、準確的檢測，且避免現(xiàn)有方法所需進行的破壞性試驗。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0009]—種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟:
[0010]S1、用脈沖激光束多次轟擊待檢測的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點，產(chǎn)生等離子體，并測量每次轟擊在復(fù)合絕緣材料上形成的轟擊深度；
[0011]S2、采集每次轟擊時等離子體發(fā)射的光譜信息，由采集到的光譜信息提取復(fù)合絕緣材料的特定組成元素每次轟擊時的光譜特性指標，所述光譜特性指標至少包括特征譜線的譜線強度特征；
[0012]S3、確定所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊深度的變化關(guān)系；
[0013]S4、根據(jù)所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊深度的變化關(guān)系，確定復(fù)合絕緣材料的老化狀態(tài)信息，所述老化狀態(tài)信息至少包括復(fù)合絕緣材料的老化深度信息。
[0014]進一步地:
[0015]所述選取點包括復(fù)合絕緣材料表面上不同位置的多個選取點，步驟S4中，確定復(fù)合絕緣材料在所述多個選取點的平均老化狀態(tài)信息。
[0016]步驟SI中，以相同的轟擊條件，用脈沖激光束多次轟擊待檢測的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點；步驟S3中，確定所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊次數(shù)的變化關(guān)系，由此來反映所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊深度的變化關(guān)系；步驟S4中，根據(jù)相同的轟擊條件下轟擊深度與轟擊次數(shù)的線性關(guān)系，以及所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊次數(shù)的變化關(guān)系，確定復(fù)合絕緣材料的老化深度信息。
[0017]所述轟擊條件包括脈沖激光束的單脈沖能量、頻率、光斑面積、以及轟擊角度。
[0018]所述步驟S2中檢測的特定組成元素包括第一元素和第二元素，由采集到的光譜信息確定所述第一元素和所述第二元素每次轟擊時的特征譜線，并計算得到所述第二元素與所述第一元素的譜線強度比；步驟S3中，確定所述第二元素與所述第一元素的譜線強度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線；步驟S4中、根據(jù)所述第二元素與所述第一元素的譜線強度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線，確定復(fù)合絕緣材料的老化狀態(tài)信息。
[0019]步驟S2中，選取多次轟擊下譜線強度相對穩(wěn)定的元素作為所述第一元素，選取多次轟擊下光譜強度相對不穩(wěn)定的元素作為所述第二元素。
[0020]所述光譜特性指標還包括等離子體溫度和等離子體電子密度。
[0021 ]所述復(fù)合絕緣材料為輸電線路和變電設(shè)備應(yīng)用的復(fù)合材料。
[0022]所述輸電線路復(fù)合材料為絕緣子RTV涂料、復(fù)合絕緣子傘裙材料、互感器護套等多種外絕緣復(fù)合材料。
[0023]使用LIBS系統(tǒng)進行檢測。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]針對現(xiàn)有的復(fù)合材料老化狀態(tài)判斷方法需要進行破壞性試驗(如將RTV涂料從絕緣子上剖層，或?qū)?fù)合絕緣子傘裙從芯棒上截斷)，而其他的聲學(xué)、光學(xué)檢測方式只能針對復(fù)合材料有較大缺陷(裂紋或者空洞等)的情況，本發(fā)明提出了一種復(fù)合絕緣材料老化檢測方法，利用脈沖激光束轟擊復(fù)合絕緣材料表面，通過建立元素特征譜線強度隨復(fù)合絕緣材料深度的變化關(guān)系，來快速、可靠地檢測輸電線路復(fù)合絕緣材料老化情況。基于本發(fā)明的復(fù)合材料老化檢測方法，通過激光誘導(dǎo)擊穿光譜分析系統(tǒng)可以快速地判斷復(fù)合材料的老化情況，并可在現(xiàn)場進行應(yīng)用。
[0026]具體來說，由脈沖激光光源發(fā)出激光聚焦于待檢測的絕緣子RTV材料或者復(fù)合絕緣子表面，發(fā)出的激光使得待檢測的復(fù)合材料表面部分氣化形成等離子體，采集等離子體膨脹冷卻過程中發(fā)射的光譜信息，由采集得到的等離子體發(fā)射光譜可以提取得到硅橡膠復(fù)合材料的成分、特定組成元素的特征譜線強度、譜線強度比，等離子體溫度、等離子體電子密度等光譜特性指標，利用這些指標與復(fù)合材料老化狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性可以對復(fù)合材料的老化狀態(tài)進行快速判斷。
[0027]本發(fā)明利用激光誘導(dǎo)等離子體光譜對待測對象的特征變化極為敏感且具有高空間分辨率的特征，在宏觀檢查的基礎(chǔ)上，利用LIBS設(shè)備對待測復(fù)合材料(RTV涂料或者復(fù)合絕緣子傘裙材料)進行檢測，實現(xiàn)快速判斷復(fù)合材料的使用狀態(tài)及老化特征。本發(fā)明利用光譜特征譜線對待測試樣狀態(tài)敏感的特點來實現(xiàn)復(fù)合材料的老化檢測，相比現(xiàn)有的檢測方法和儀器，具有無需特別取樣，操作方便，分析速度快(全部分析過程不超過30s)的優(yōu)點，可以在停電檢修期間對桿塔的多個絕緣子串和單支絕緣子的多個傘裙進行分析判斷。通過本發(fā)明的應(yīng)用，可以快速判定輸電線路復(fù)合材料的老化狀態(tài)，根據(jù)實際情況進行更換或者維護，保證電力系統(tǒng)的安全運行。
【附圖說明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種實施例中所用的LIBS系統(tǒng)原理圖；
[0029]圖2為本發(fā)明一種實施例中Mg元素與Si元素特征譜線強度比隨轟擊次數(shù)變化情況。
【具體實施方式】
[0030]以下對本發(fā)明的實施方式作詳細說明。應(yīng)該強調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0031 ]在一種實施例中，一種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測方法，包括以下步驟:
[0032]步驟S1、用脈沖激光束多次轟擊待檢測的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點，產(chǎn)生等離子體，并測量每次轟擊在復(fù)合絕緣材料上形成的轟擊深度；
[0033]步驟S2、采集每次轟擊時等離子體發(fā)射的光譜信息，由采集到的光譜信息提取復(fù)合絕緣材料的特定組成元素每次轟擊時的光譜特性指標，所述光譜特性指標至少包括特征譜線的譜線強度特征；
[0034]步驟S3、確定所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊深度的變化關(guān)系；
[0035]步驟S4、根據(jù)所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊深度的變化關(guān)系，確定復(fù)合絕緣材料的老化狀態(tài)信息，所述老化狀態(tài)信息至少包括復(fù)合絕緣材料的老化深度信息。
[0036]在一些實施例中，所述復(fù)合絕緣材料為輸電線路、變電設(shè)備應(yīng)用的復(fù)合材料，通過本方法實現(xiàn)對為輸電線路、變電設(shè)備應(yīng)用的復(fù)合材料的老化狀態(tài)檢測。所述輸電線路復(fù)合材料可以但不限于是絕緣子RTV涂料或復(fù)合絕緣子傘裙材料、互感器護套等多種外絕緣復(fù)合材料。
[0037]在優(yōu)選的實施例中，所述選取點包括復(fù)合絕緣材料表面上不同位置的多個選取點，步驟S4中，確定復(fù)合絕緣材料在所述多個選取點的平均老化狀態(tài)信息，以此來判斷復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)。
[0038]在優(yōu)選的實施例中，步驟SI中，以相同的轟擊條件，用脈沖激光束多次轟擊待檢測的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點；步驟S3中，確定所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊次數(shù)的變化關(guān)系，由此來反映所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊深度的變化關(guān)系;步驟S4中，根據(jù)相同的轟擊條件下轟擊深度與轟擊次數(shù)的線性關(guān)系，以及所述特定組成元素的光譜特性指標隨轟擊次數(shù)的變化關(guān)系，確定復(fù)合絕緣材料的老化深度信息。
[0039]更優(yōu)選地，所述轟擊條件包括脈沖激光束的單脈沖能量、頻率、光斑面積、以及轟擊角度。
[0040]在優(yōu)選的實施例中，所述步驟S2中檢測的特定組成元素包括第一元素和第二元素，由采集到的光譜信息確定所述第一元素和所述第二元素每次轟擊時的特征譜線，并計算得到所述第二元素與所述第一元素的譜線強度比；步驟S3中，確定所述第二元素與所述第一元素的譜線強度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線;步驟S4中、根據(jù)所述第二元素與所述第一元素的譜線強度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線，確定復(fù)合絕緣材料的老化狀態(tài)信息。
[0041]在更優(yōu)選的實施例中，步驟S2中，選取多次轟擊下