專(zhuān)利名稱(chēng)：基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估方法。特別是涉及ー種利用動(dòng)態(tài)滴水法獲得不同憎水性所對(duì)應(yīng)的放電超聲信號(hào)特征，并通過(guò)分析超聲信號(hào)特征間的關(guān)系辨別絕緣子憎水性強(qiáng)弱的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法。
背景技術(shù)：
復(fù)合絕緣子作為外絕緣使用已經(jīng)有近40年的歷史，很多國(guó)家和地區(qū)的電網(wǎng)中都用到復(fù)合絕緣子，并且其掛網(wǎng)運(yùn)行的數(shù)量仍在逐步增多。復(fù)合絕緣子由于具有污閃、濕閃電壓高和重量輕等優(yōu)點(diǎn)，在我國(guó)電網(wǎng)中得到廣泛的應(yīng)用。隨著我國(guó)電網(wǎng)電壓等級(jí)的逐步提高，對(duì)輸電線路外絕緣的要求也越來(lái)越高，復(fù)合絕緣子在電網(wǎng)中的作用也顯得越來(lái)越重要。目前，高壓復(fù)合絕緣子中應(yīng)用比較廣泛的傘裙護(hù)套材料是高溫硫化硅橡膠，具有電氣絕緣性、耐候性、耐高低溫特性、生理惰性、低表面張カ和低表面能等優(yōu)點(diǎn)。硅橡膠中存在大量不同程度的未交聯(lián)的低分子量硅氧烷鏈段，這些低分子量硅氧烷鏈段的遷移是硅橡膠材料具有憎水性遷移特性的主要原因，也是其憎水性恢復(fù)的主要原因。硅橡膠材料是有機(jī)材料，與陶瓷和玻璃絕緣子等無(wú)機(jī)材料不同，有機(jī)材料分子中元素是由共價(jià)鍵結(jié)合在一起的，元素之間的鍵和カ比較低，因而有機(jī)材料的大分子容易斷裂，尤其在紫外線輻射、電暈放電、潮濕、溫度變化等環(huán)境以及化學(xué)因素的作用下，分子鍵容易發(fā)生斷裂，導(dǎo)致有機(jī)材料老化。復(fù)合絕緣子傘裙老化時(shí)，其表面憎水性下降，電氣性能和機(jī)械性能都會(huì)隨之下降，且下降之后這些性能是不可恢復(fù)的。如果材料某種性能的下降是可恢復(fù)的，我們稱(chēng)之為疲勞；如果材料某種性能的下降是不可恢復(fù)的，則稱(chēng)為老化。大部分材料(尤其是有機(jī)材料)普遍存在老化問(wèn)題，但其老化速度因材料的不同差別很大。不僅僅是有機(jī)材料，無(wú)機(jī)材料同樣也存在老化問(wèn)題，如輸電線路中的陶瓷絕緣子和玻璃絕緣子也會(huì)發(fā)生老化，但是由于其老化的速度很慢，運(yùn)行過(guò)程中可以不做考慮。作為由ー種有機(jī)材料構(gòu)成的復(fù)合絕緣子，由于其表面容易受絕緣子表面局部放電、紫外輻射、電暈放電、酸雨等因素的影響，掛網(wǎng)運(yùn)行過(guò)程中普遍存在老化現(xiàn)象，在特高壓輸電線路中電暈放電的影響尤為突出。復(fù)合絕緣子老化主要表現(xiàn)在憎水性的逐漸喪失，進(jìn)而影響線路的穩(wěn)定性，因此對(duì)輸電線路中復(fù)合絕緣子的老化問(wèn)題應(yīng)給以足夠重視。復(fù)合絕緣子由于污穢、潮濕、放電等因素的影響，其憎水性會(huì)逐漸下降甚至喪失。憎水性的嚴(yán)重下降將導(dǎo)致復(fù)合絕緣子污閃電壓的顯著下降，從而威脅電カ系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)對(duì)發(fā)生閃絡(luò)的絕緣子進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，其憎水性狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生變化。因此對(duì)復(fù)合絕緣子表面憎水性的檢測(cè)有著很重要的意義。在IEC的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，憎水性測(cè)量也稱(chēng)為濕潤(rùn)性測(cè)量。IEC/TS 62073-2003推薦使用3種憎水性測(cè)試方法，即接觸角法、表面張カ法和噴水分級(jí)法。此后，隨著泄漏電流法在線絕緣子表面運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)上的應(yīng)用與發(fā)展，也被陸續(xù)應(yīng)用于表面憎水性狀態(tài)的檢測(cè)。因此硅橡膠絕緣子的憎水性判據(jù)分為1、靜態(tài)接觸角法(CA法)；2、表面張カ法；3、噴水分級(jí)法(HC法)；4、泄漏電流測(cè)量法；5、動(dòng)態(tài)水滴法(DDT法)。其中，①靜態(tài)接觸角法靜態(tài)接觸角法是指通過(guò)微注射器將體積約4ul 7ul左右的水滴滴在材料表面，然后測(cè)量材料表面水珠的接觸角的大小來(lái)反映材料憎水性狀態(tài)的方法。該方法的主要過(guò)程是高速攝像機(jī)拍攝水滴在材料表面的狀態(tài)，然后應(yīng)用相應(yīng)的軟件測(cè)量水滴與材料表面的接觸角。這種方法測(cè)量簡(jiǎn)單、方便，因而被廣泛用于復(fù)合絕緣子表面憎水性的評(píng)估。但是當(dāng)復(fù)合絕緣子表面有積污時(shí)，接觸角會(huì)有明顯的遲滯現(xiàn)象，這時(shí)一般先讓水滴在材料表面靜止20s左右，再對(duì)其進(jìn)行測(cè)量。②表面張カ法表面張カ法是使用具有不同表面張カ的ー組液體評(píng)估復(fù)合絕緣子憎水性的ー種方法。該方法采用了低范圍、中等范圍、高范圍3個(gè)張カ范圍內(nèi)的液體混合物。將少量混合物輕輕噴灑在試樣表面，記錄連續(xù)層分裂為小水滴所需要的時(shí)間，連續(xù)層在試樣表面保持時(shí)間最接近2s的混合物所具有的表面張カ被定義為被測(cè)試品的表面張力。③噴水分級(jí)法噴水分級(jí)法，即HC 法(Hydrophobicity Classification Guide),是由瑞典輸配電研究所提出的表征復(fù)合絕緣子憎水性狀態(tài)的方法。該方法將憎水性分為7級(jí)HC1-HC3級(jí)為憎水性狀態(tài)，HC4級(jí)為中間過(guò)渡狀態(tài)，HC5-HC7級(jí)為親水性狀態(tài)。各級(jí)之間劃分的主要依據(jù)是被測(cè)表面的積聚狀態(tài)，并有標(biāo)準(zhǔn)的分級(jí)圖參考。HC法可方便用于實(shí)際絕緣子憎水性的現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估，缺點(diǎn)是受主觀影響大。④泄漏電流法復(fù)合絕緣子表面的泄漏電流是指在污閃發(fā)生之前流過(guò)復(fù)合絕緣子表面的電流，它綜合反映了電壓、氣候和污穢等要素。近些年來(lái)，ー些學(xué)者在對(duì)污閃機(jī)理的研究中發(fā)現(xiàn)絕緣子表面的泄漏電流和污閃放電的發(fā)展過(guò)程關(guān)系十分密切，復(fù)合絕緣子表面產(chǎn)生的泄漏電流中包含了大量信息，它可以用來(lái)綜合反映復(fù)合絕緣子的受潮程度、污穢程度、絕緣子承受電壓以及絕緣子形狀等因素。絕緣子表面泄漏電流的變化過(guò)程同時(shí)也反映了復(fù)合絕緣子污穢的積累變化過(guò)程，所以對(duì)合成絕緣子表面污穢層泄漏電流的監(jiān)測(cè)對(duì)于判斷輸電線路外絕緣的運(yùn)行狀態(tài)具有非常重要的意義。因此，普遍采用監(jiān)測(cè)絕緣子表面泄漏電流的方法來(lái)評(píng)估絕緣污穢狀態(tài)，更重要的是泄漏電流可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)在線監(jiān)測(cè)。⑤動(dòng)態(tài)水滴法(DDT法)近些年來(lái),動(dòng)態(tài)水滴法(Dynamic Drop Test, DDT)逐漸被ー些學(xué)者所接受,并用來(lái)研究絕緣子表面憎水性的變化及相關(guān)影響因素。Otsubo等人采用動(dòng)態(tài)水滴法研究了不同污穢等級(jí)的液滴在復(fù)合絕緣子表面的動(dòng)態(tài)特性及其對(duì)絕緣子憎水性的影響，同時(shí)研究了絕緣子表面粗糙度及ATH含量對(duì)其憎水性的影響。Kurimoto等人依托動(dòng)態(tài)水滴法建立了絕緣子表面局部放電脈沖個(gè)數(shù)與憎水性變化之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，推動(dòng)了動(dòng)態(tài)水滴法在絕緣子表面憎水性評(píng)估上的應(yīng)用。Tokoro等人通過(guò)測(cè)量動(dòng)態(tài)水滴法中液滴在硅橡膠材料表面的一些形態(tài)參數(shù)研究了溫度、材料表面粗糙度及ATH含量等因素對(duì)硅橡膠材料表面憎水性的影響，并建立了硅橡膠材料老化程度評(píng)估方法。動(dòng)態(tài)水滴法是近些年才提出的ー種復(fù)合絕緣 子憎水性評(píng)估方法，因此依據(jù)該方法來(lái)定量評(píng)估絕緣子表面的憎水性狀態(tài)需要進(jìn)行進(jìn)一歩的研究。
但是，現(xiàn)有復(fù)合絕緣子表面憎水性評(píng)估方法存在諸多缺點(diǎn)①靜態(tài)接觸角法雖然具有很高的測(cè)量精度，但是需要嚴(yán)格的測(cè)試環(huán)境，主要用于實(shí)驗(yàn)室條件下以及離線狀態(tài)下的絕緣子憎水性評(píng)估，不適用于在線絕緣子的表面憎水性檢測(cè)。②表面張カ法中使用的某些液體對(duì)人體有一定的危害性，因此該方法目前還沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用。③噴水分級(jí)法雖然操作快速、簡(jiǎn)單，但是該方法主要依靠人為對(duì)比和分級(jí)，受人的主觀因素影響大，且不能定量評(píng)估絕緣子表面憎水性。④目前對(duì)泄漏電流的研究大都停留在理論階段，且大部分著眼于運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)，所以迄今為止尚未有基于泄漏電流的定量評(píng)估復(fù)合絕緣子憎水性的有效方法。⑤動(dòng)態(tài)水滴法是近些年才提出的一種復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估方法，因此依據(jù)該方法來(lái)定量評(píng)估絕緣子表面憎水性需要進(jìn)ー步的理論研究和實(shí)驗(yàn)支持。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供ー種基于動(dòng)態(tài)水滴實(shí)驗(yàn)法的，通過(guò)分析絕緣子表面放電所發(fā)出的超聲信號(hào)特征變化從而評(píng)估絕緣子憎水性喪失程度的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法。 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是ー種基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法，基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，包括用干支撐試樣的傾斜絕緣支架，所述的試樣的上部和下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓端電極和低壓端電極，所述的高壓端電極通過(guò)電阻R連接高壓直流電源的正極，所述的低壓端電極連接高壓直流電源的地電極，所述試樣的上方設(shè)置有用于向試樣的位于高壓端電極與低壓端電極之間的表面滴水的滴水裝置，所述的試樣表面的前方設(shè)置有用于接收水滴在試樣表面引起放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的超聲傳感器，所述的超聲傳感器的輸出端依次連接濾波放大電路、錄波儀和計(jì)算機(jī)。所述的電阻R的輸出端與地之間連接有電壓表。所述的高壓端電極和低壓端電極均為板式電極，在試樣的表面上兩電極之間的間距為40 60mm。所述的超聲傳感器距試樣表面9 Ilcm處。所述的絕緣支架的傾斜角度為50° 60°，從而所述的試樣(2)的傾斜角度為50。 60°。所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0· 2mS/cm的NaCl溶液。一種用于基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，包括如下步驟I)將試樣放在傾角為50° 60°之間的固定角度的絕緣支架上，并用與高壓直流電源正負(fù)極連接的高壓端電極和低壓端電極分別夾住試樣的表面，且兩電極之間的間距為 40 60mm ;2)用滴水裝置向試樣表面滴水滴，使水滴從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端低壓端電極處，被收集，在不施加電壓的情況下，連續(xù)滴水5分鐘；3)連接好電路，由高壓直流電源向高壓端電極和低壓端電極間施加5kV的電壓；4)錄波儀接收超聲傳感器所采集到的水滴在試樣表面引起放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并將該超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中；
5)計(jì)算機(jī)提取每2秒時(shí)間長(zhǎng)度的超聲波信號(hào)；6)以沒(méi)有放電時(shí)的環(huán)境噪聲幅值為閾值，濾除有效超聲波信號(hào)中的噪聲；7)將濾除噪聲后的超聲波信號(hào)中連續(xù)高于噪聲閾值的信號(hào)時(shí)間間隔累加，得到超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間；8)記錄濾除噪聲后的超聲波信號(hào)中的極值數(shù)得到超聲波的脈沖數(shù)；9)將信號(hào)中正向最大幅值與負(fù)向最大幅值的差值作為超聲信號(hào)極差；10)將信號(hào)數(shù)據(jù)帶入公式五=丄…，計(jì)算E得到超聲波信號(hào)能量；式中R為該裝置中的電阻值；u (η)為信號(hào)數(shù)據(jù)中第η個(gè)電壓幅值；t為采樣時(shí)間間隔。 11)將計(jì)算得到的特征量值，與以往測(cè)試所建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)特征量值比較，確定試樣的憎水性等級(jí)。所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。所述的高壓端電極和低壓端電極均為板式電極，兩電極之間的間距為40 60mm。設(shè)步驟2)所述的滴水的頻率為每分鐘12± I滴。本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法，具有如下效果I、本發(fā)明對(duì)于絕緣子憎水性強(qiáng)度的評(píng)估，具有突破性的創(chuàng)新，在動(dòng)態(tài)水滴檢測(cè)法的基礎(chǔ)上，通過(guò)非接觸的測(cè)量方法，獲得并分析不同老化程度的絕緣子表面放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)特征參數(shù)，獲得相應(yīng)的變化趨勢(shì)譜圖，以便更加直觀、清楚、準(zhǔn)確地反映絕緣子表面憎水性的變化情況；2、該評(píng)估方法安全可靠，電氣隔離，不對(duì)檢測(cè)人員造成傷害，對(duì)試驗(yàn)環(huán)境要求不聞;3、針對(duì)特定頻率獲得表面放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)，受外界干擾小，準(zhǔn)確度高；4、該方法所需設(shè)備簡(jiǎn)單，操作方便，利于推廣。


圖I是電暈老化實(shí)驗(yàn)裝置示意圖；圖2是針電極排列方式示意圖；圖3是電暈老化后試樣的憎水性變化的效果圖；圖4是本發(fā)明評(píng)估裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間變化趨勢(shì)；圖6是不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖數(shù)變化趨勢(shì)；圖7是不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)極差；圖8是不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)能量變化趨勢(shì)。圖中I :絕緣支架2 :試樣3:高壓端電極4:低壓端電極5 :高壓直流電源6 :滴水裝置
7:超聲傳感器8:濾波放大電路9 :錄波儀10 :計(jì)算機(jī)11 :針電極12 :樣品13:極電板14:水滴
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法做出詳細(xì)說(shuō)明。
本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法，基于動(dòng)態(tài)水滴法，測(cè)量不同老化程度的絕緣子表面放電所發(fā)出超聲信號(hào)的特征參數(shù)，包括超聲信號(hào)極差、放電簇持續(xù)時(shí)間、超聲信號(hào)脈沖數(shù)、超聲信號(hào)能量以及超聲信號(hào)變化率。通過(guò)對(duì)上述特征參數(shù)的統(tǒng)計(jì)分析，獲得對(duì)應(yīng)于不同老化時(shí)間的絕緣子，由動(dòng)態(tài)滴水引發(fā)表面放電超聲信號(hào)特征之間的變化趨勢(shì)的統(tǒng)計(jì)譜圖，該譜圖可以準(zhǔn)確、清楚、直觀地用于絕緣子憎水性的評(píng)估。本發(fā)明的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，包括用于支撐試樣2的傾斜絕緣支架1，所述的絕緣支架I的傾斜角度為50° 60°，從而使所述的試樣2的傾斜角度為也為50° 60°。所述的試樣2的上部和下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓端電極3和低壓端電極4，所述的高壓端電極3和低壓端電極4均為板式電極，均為不銹鋼片。在試樣2的表面上兩電極之間的間距為40 60mm。所述的高壓端電極3通過(guò)電阻R連接高壓直流電源5的正極，所述的低壓端電極4連接高壓直流電源5的負(fù)極，所述的電阻R的輸出端與地之間連接有電壓表kV。所述試樣2的上方設(shè)置有用于向試樣2的位于高壓端電極3與低壓端電極4之間的表面滴水滴14的滴水裝置6，所述的水滴14是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。所述的試樣2表面的前方設(shè)置有用于接收水滴14在試樣2表面引起放電時(shí)所產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的超聲傳感器7,所述的超聲傳感器7距試樣2表面9 Ilcm處。所述的超聲傳感器7的輸出端依次連接濾波放大電路8、錄波儀9和計(jì)算機(jī)10。本發(fā)明的用于基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，包括如下步驟I)將試樣放在傾角為50° 60°之間的固定角度的絕緣支架上，并用與高壓直流電源正負(fù)極連接的高壓端電極和低壓端電極分別夾在試樣的表面，所述的高壓端電極和低壓端電極均為板式電極，在試樣表面上兩電極之間的間距為40 60mm ；2)用滴水裝置向試樣表面滴水滴，使水滴從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端低壓端電極處，被收集，所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。在不施加電壓的情況下，連續(xù)滴水5分鐘，且所述的滴水的頻率為每分鐘12±1滴；3)連接好電路，由高壓直流電源向高壓端電極和低壓端電極間施加5kV的電壓；4)錄波儀接收超聲傳感器所采集到的水滴在試樣表面引發(fā)放電的超聲波信號(hào)，并將該超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中；5)計(jì)算機(jī)以2秒時(shí)間長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)提取多段超聲波信號(hào)；6)以沒(méi)有放電時(shí)的環(huán)境噪聲幅值為閾值，濾除有效超聲波信號(hào)中的噪聲；7)將濾除噪聲后的超聲波信號(hào)中連續(xù)高于噪聲閾值的信號(hào)時(shí)間間隔累加，得到超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間；8)記錄濾除噪聲后的超聲波信號(hào)中的極值數(shù)得到超聲波的脈沖數(shù)；9)將信號(hào)中正向最大幅值與負(fù)向最大幅值的差值作為超聲信號(hào)極差；10)將信號(hào)數(shù)據(jù)帶入公式五=+ ["ル作 ' 計(jì)算E得到超聲波信號(hào)能量；式中R為該裝置中的電阻值；u (η)為信號(hào)數(shù)據(jù)中第η個(gè)電壓幅值；t為采樣時(shí)間間隔。11)將計(jì)算得到的特征量值，與以往測(cè)試所建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)特征量值比較，確定試樣的憎水性等級(jí)。
現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的復(fù)合絕緣子由于電暈放電的影響，其表面憎水性會(huì)逐漸下降，電壓等級(jí)越高的輸電線路，電暈現(xiàn)象越嚴(yán)重。本發(fā)明首先在電暈老化實(shí)驗(yàn)中用多針-板電極建立極不均勻電場(chǎng)中的電暈放電裝置，對(duì)多塊實(shí)驗(yàn)試樣分階段進(jìn)行老化。多塊試樣老化時(shí)間不同，則其憎水性喪失的程度就不同。然后在動(dòng)態(tài)水滴試樣中對(duì)其憎水性狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。圖I為電暈老化實(shí)驗(yàn)裝置示意圖。圖2為針電極排列方式示意圖。圖3為電暈老化后試樣的憎水性變化。接觸角不斷降低的原因主要是發(fā)生電暈放電時(shí)電暈電場(chǎng)中的碰撞電離和電子崩沖擊試樣表面造成硅橡膠表面分子化學(xué)鍵的斷裂。硅橡膠之所以具有憎水性，是由于硅氧鍵主鏈的強(qiáng)極性作用，被緊密?chē)@在主鏈周?chē)姆菢O性甲基基團(tuán)所屏蔽，而電暈放電造成化學(xué)鍵斷裂破壞了甲基基團(tuán)的作用，最終導(dǎo)致硅橡膠材料表面憎水性的喪失。本發(fā)明的用于基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，高壓直流電源提供5kV電壓。本發(fā)明的被試樣品采用上述電暈老化試驗(yàn)中經(jīng)過(guò)不同老化時(shí)間的硅橡膠片，或從在網(wǎng)運(yùn)行一段時(shí)間的絕緣子傘裙上割取，試樣被放在傾角為60°的絕緣支架上，絕緣支架兩端電極為“板ー板”型電極，上下電極均為不銹鋼片，上下電極間距為50mm。水滴是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液，NaCl溶液從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端低壓端電極，流入事先準(zhǔn)備好的下電極側(cè)的容器中收集起來(lái)。在不施加電壓的情況下，滴水頻率約為12± I滴每分鐘，連續(xù)滴水五分鐘。連接好電路，然后開(kāi)始加壓。由高壓直流電源向極板間施加為5kV的電壓，高壓端通過(guò)ー個(gè)15k Ω的水泥保護(hù)電阻接至高壓端電極，低壓端電極接整流電路另一端。超聲傳感器正對(duì)試樣固定在支架上，距離試樣表面10cm，傳感器經(jīng)過(guò)濾波放大電路處理后連接在錄波儀上。用MATLAB軟件提取超聲信號(hào)特征量并獲得各放特征量之間的關(guān)系，獲得如圖5所示的不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間變化趨勢(shì)，如圖6所示的不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖數(shù)，如圖7所示的不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)極差，如圖8所示的不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)能量。運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法對(duì)不同憎水性喪失程度的試樣特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而更加準(zhǔn)確地評(píng)估不同電暈放電時(shí)間下試樣的憎水性。圖5所示的不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間變化趨勢(shì)。由圖可知隨著老化時(shí)間的增加，試樣表面的放電更加劇烈，導(dǎo)致連續(xù)放電持續(xù)時(shí)間增加，并且放電簇內(nèi)放電脈沖間間隔較小，因此放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)與其保持相同的規(guī)律。在相同錄播時(shí)間內(nèi)，憎水性降低的試樣放電簇最短持續(xù)時(shí)間増大。該圖的趨勢(shì)說(shuō)明不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間可以清楚地評(píng)估絕緣子表面憎水性。
圖6所示為不同老化程度試樣的表面放電超聲脈沖數(shù)變化趨勢(shì)。圖中的脈沖數(shù)是以2s為單位時(shí)限統(tǒng)計(jì)得到的，可以看出，隨著試樣的老化程度加深，憎水性喪失程度嚴(yán)重，在相同記錄時(shí)間內(nèi)，試樣表面發(fā)生的放電更加劇烈，放電脈沖數(shù)増加，因此產(chǎn)生的超聲脈沖數(shù)増加。該關(guān)系圖可以清楚、明顯地看出不同老化時(shí)間的試樣的放電脈沖數(shù)的不同，借此準(zhǔn)確、清楚地評(píng)估絕緣子試樣憎水性。圖7所示為不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)極差。隨著老化程度加深，試樣表面更加容易形成水帶，放電呈現(xiàn)最大放電幅值變小、放電均值増大、放電連續(xù)持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)的特點(diǎn)，因此放電產(chǎn)生的超聲信號(hào)幅值最大最小值之間的極差隨憎水性喪失而減小，通過(guò)此規(guī)律可以評(píng)估絕緣子試樣憎水性。
圖8所示為不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)能量變化趨勢(shì)。隨著試樣老化程度加深，其表面水滴流動(dòng)能力增強(qiáng)，則其表面更加容易發(fā)生放電，放電能量逐漸變小，轉(zhuǎn)化為超聲信號(hào)的能量也隨之減少。因此用不同老化程度試樣的表面放電超聲信號(hào)能量關(guān)系圖可以在很大程度上評(píng)估絕緣子表面憎水性。
權(quán)利要求
1.ー種基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，其特征在于，包括用干支撐試樣(2)的傾斜絕緣支架(1)，所述的試樣(2)的上部和下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓端電極(3)和低壓端電極(4)，所述的高壓端電極(3)通過(guò)電阻R連接高壓直流電源(5)的正極，所述的低壓端電極(4)連接高壓直流電源(5)的地電極，所述試樣(2)的上方設(shè)置有用于向試樣(2)的位于高壓端電極(3)與低壓端電極(4)之間的表面滴水的滴水裝置(6)，所述的試樣(2)表面的前方設(shè)置有用于接收水滴在試樣(2)表面引起放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的超聲傳感器(7)，所述的超聲傳感器(7)的輸出端依次連接濾波放大電路(8)、錄波儀(9)和計(jì)算機(jī)(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，其特征在于，所述的電阻R的輸出端與地之間連接有電壓表(kV)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，其特征在于，所述的高壓端電極(3)和低壓端電極(4)均為板式電極，在試樣(2)的表面上兩電極之間的間距為40 60mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，其特征在干，所述的超聲傳感器(7 )距試樣(2 )表面9 11 cm處。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，其特征在于，所述的絕緣支架(I)的傾斜角度為50° 60°，從而所述的試樣(2)的傾斜角度為50。 60°。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置，其特征在于，所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。
7.ー種用于權(quán)利要求I所述的基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，其特征在于，包括如下步驟 1)將試樣放在傾角為50° 60°之間的固定角度的絕緣支架上，并用與高壓直流電源正負(fù)極連接的高壓端電極和低壓端電極分別夾住試樣的表面，且兩電極之間的間距為40 60mm ; 2)用滴水裝置向試樣表面滴水滴，使水滴從上端高壓端電極沿試樣表面流下，經(jīng)試樣表面，流到下端低壓端電極處，被收集，在不施加電壓的情況下，連續(xù)滴水5分鐘； 3)連接好電路，由高壓直流電源向高壓端電極和低壓端電極間施加5kV的電壓； 4)錄波儀接收超聲傳感器所采集到的水滴在試樣表面引起放電產(chǎn)生的超聲波信號(hào)，并將該超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)中； 5)計(jì)算機(jī)提取每2秒時(shí)間長(zhǎng)度的超聲波信號(hào)； 6)以沒(méi)有放電時(shí)的環(huán)境噪聲幅值為閾值，濾除有效超聲波信號(hào)中的噪聲； 7)將濾除噪聲后的超聲波信號(hào)中連續(xù)高于噪聲閾值的信號(hào)時(shí)間間隔累加，得到超聲脈沖簇最短持續(xù)時(shí)間； 8)記錄濾除噪聲后的超聲波信號(hào)中的極值數(shù)得到超聲波的脈沖數(shù)； 9)將信號(hào)中正向最大幅值與負(fù)向最大幅值的差值作為超聲信號(hào)極差； 10)將信號(hào)數(shù)據(jù)帶入公式五=+.計(jì)算E得到超聲波信號(hào)能量； 式中R為該裝置中的電阻值；u (η)為信號(hào)數(shù)據(jù)中第η個(gè)電壓幅值；t為采樣時(shí)間間隔。
11)將計(jì)算得到的特征量值，與以往測(cè)試所建立經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)特征量值比較，確定試樣的憎水性等級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，其特征在于，所述的水滴是導(dǎo)電率為3±0. 2mS/cm的NaCl溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，其特征在于，所述的高壓端電極和低壓端電極均為板式電極，兩電極之間的間距為40 60mm。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置的評(píng)估方法，其特征在干，設(shè)步驟2)所述的滴水的頻率為每分鐘12±1滴。
全文摘要
一種基于動(dòng)態(tài)滴水超聲特性的復(fù)合絕緣子憎水性評(píng)估裝置及方法，裝置是用于支撐試樣的傾斜絕緣支架，試樣的上部和下部分別對(duì)應(yīng)設(shè)置有高壓端電極和低壓端電極，高壓端電極通過(guò)電阻R連接高壓直流電源的正極，低壓端電極連接高壓直流電源的地電極，試樣的上方設(shè)置有用于向試樣的位于高壓端電極與低壓端電極之間的表面滴水的滴水裝置，試樣表面的前方設(shè)置有用于接收水滴在試樣表面引起放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)的超聲傳感器，超聲傳感器的輸出端依次連接濾波放大電路、錄波儀和計(jì)算機(jī)。方法將試樣放在絕緣支架上，并安裝高、低壓端電極；向試樣表面滴水滴并通電；接收信號(hào)并帶入公式確定試樣的憎水性等級(jí)。本發(fā)明能夠直觀、清楚、準(zhǔn)確地反映絕緣子表面憎水性的變化情況。
文檔編號(hào)G01N13/00GK102680363SQ201210143669
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉勇, 李云鵬, 杜伯學(xué), 程欣欣, 高宇 申請(qǐng)人:天津大學(xué)