檢測復合絕緣子傘裙老化的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，包括以下步驟：選取復合絕緣子高壓側(cè)傘裙作為試樣；對所述試樣進行慢正電子束測量，得到隨正電子入射能量分布的多普勒展寬譜；采集所述多普勒寬譜的S參數(shù)；判斷所述S參數(shù)是否在預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)；若是，則所述復合絕緣子傘裙老化。上述檢測方法取樣少，測試方法簡單方便，并且對物質(zhì)的缺陷信息十分敏感，可以作為硅橡膠表面結(jié)構(gòu)的掃描探針，用于復合絕緣子傘裙老化早期鑒別與評估。
【專利說明】檢測復合絕緣子傘裙老化的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力設(shè)備領(lǐng)域，特別是涉及檢測復合絕緣子傘裙老化的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]復合絕緣子在我國大多數(shù)地區(qū)已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，它具有重量輕，機械強度高， 憎水性強，耐污閃性能好，不測零值等優(yōu)點，目前我國已有近1000萬支復合絕緣子在各地 不同電壓等級的線路上運行，使用量位居世界第二，成為我國解決污穢絕緣的主要手段之 一。然而，隨著使用年限的增加，復合絕緣子硅橡膠傘裙材料的電老化導致壽命下降等問題 逐漸成為電力系統(tǒng)關(guān)注的焦點。
[0003]復合絕緣子在運行中會受到電氣，機械和環(huán)境等因素的綜合影響，隨著運行時間 的增長，不同地區(qū)運行的復合絕緣子會出現(xiàn)憎水性下降、傘裙變色、變硬變脆、粉化、開裂、 漏電起痕或端部密封失效以及不明原因閃絡(luò)等現(xiàn)象。復合絕緣子在長期帶電及受戶外環(huán)境 因素作用下的老化問題引起復合絕緣子生產(chǎn)、運行和科研部門的高度關(guān)注。
[0004]由于復合絕緣子有著優(yōu)異的憎水恢復性，在復合絕緣子的早期老化階段，其表面 并不能觀察到明顯的顏色變化以及結(jié)構(gòu)性的破壞，甚至其疏水性性能也未發(fā)現(xiàn)下降，但實 際上其表面已經(jīng)有老化行為的發(fā)生，而現(xiàn)存的其他的檢測手段無法很好的表征復合絕緣子 傘裙老化行為。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]基于此，有必要提供一種能夠檢測復合絕緣子傘裙老化的方法。
[0006]一種檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，包括以下步驟:
[0007]選取復合絕緣子高壓側(cè)傘裙作為試樣；
[0008]對所述試樣進行慢正電子束測量，得到隨正電子入射能量分布的多普勒展寬譜；
[0009]采集所述多普勒寬譜的S參數(shù)；
[0010]判斷所述S參數(shù)是否在預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)；
[0011]若是，則所述復合絕緣子傘裙老化。
[0012]在其中一個實施例中，確認所述復合絕緣子傘裙老化的步驟之后還有計算老化層 厚度的步驟，具體操作為:
[0013]采集位于所述預設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)的S參數(shù)；
[0014]獲取第一次出現(xiàn)在所述預設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)的第一 S參數(shù)數(shù)值和最后一次出現(xiàn)在所 述預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)的第二 S參數(shù)數(shù)值；
[0015]采集所述第一 S參數(shù)數(shù)值和所述第二 S參數(shù)數(shù)值分別對應(yīng)的正電子入射能量，得 到第一正電子入射能量和第二正電子入射能量；
[0016]根據(jù)所述第一正電子入射能量和所述第二正電子入射能量，依據(jù)Zm = (40 X IO3/ P )E+16計算正電子平均入射深度，得到第一正電子平均入射深度和第二正電子平均入射 深度；[0017]其中，所述Zm為正電子平均入射深度，所述P為所述復合絕緣子傘裙的密度，所 述E+為正電子入射能量；
[0018]計算所述第二正電子平均入射深度與所述第一正電子平均入射深度的差值，得到 的差值為老化層的厚度。
[0019]在其中一個實施例中，所述老化層為硅氧層。
[0020]在其中一個實施例中，所述預設(shè)參數(shù)范圍為0.48-0.49。
[0021]在其中一個實施例中，根據(jù)所述多普勒寬譜的S參數(shù)的變化趨勢將所述復合絕緣 子高壓側(cè)傘裙分為表層、界面層和體層。
[0022]上述檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，基于正電子在更加致密的結(jié)構(gòu)中的湮沒， 獲取試樣隨正電子入射能量分布的多普勒展寬譜，計算得到復合絕緣子表面隨深度變化的 自由體積信息，從而獲取復合絕緣子傘裙的老化行為。上述方法取樣少，測試方法簡單方 便。慢正電子束技術(shù)可以控制正電子注入材料的深度，對物質(zhì)的缺陷信息十分敏感，可以作 為硅橡膠表面結(jié)構(gòu)的掃描探針，用于復合絕緣子傘裙老化早期鑒別與評估。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為一實施方式的檢測復合絕緣子傘裙老化的流程圖；
[0024]圖2為一實施方式的復合絕緣子隨正電子入射能量分布的多普勒展寬譜；
[0025]圖3為一實施方式的未老化的復合絕緣子隨正電子入射能量分布的多普勒展寬P曰。
【具體實施方式】
[0026]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的【具體實施方式】做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似改進，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。
[0027]從材料科學的角度來說，材料的結(jié)構(gòu)決定性能。復合絕緣子硅橡膠的性能與其化 學組成、微觀聚集體結(jié)構(gòu)以及表界面狀態(tài)等密切相關(guān)，硅橡膠絕緣子的老化失效也往往伴 隨著絕緣子微觀結(jié)構(gòu)的改變、化學成份的變化等，因此從結(jié)構(gòu)特征變化角度來發(fā)展絕緣子 老化失效的診斷和監(jiān)測技術(shù)是可行的。
[0028]如圖1所示，一實施方式的檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，包括以下步驟:
[0029]步驟S110，選取復合絕緣子高壓側(cè)傘裙作為試樣。硅橡膠復合絕緣子又稱合成絕 緣子，其是由玻璃纖維環(huán)氧樹脂引拔棒、硅橡膠傘裙和金具三部分組成。在本實施方式中， 取一運行樣，沿平行于復合絕緣子表面方向的切片作為試樣，樣品規(guī)格為2X2X Icm3,試樣 的表面無需任何處理。
[0030]步驟S120，對試樣進行慢正電子束測量，得到隨正電子入射能量分布的多普勒展 寬譜。在一實施方式中，獲取多普勒寬譜的具體操作為:
[0031]將試樣放入慢正電子束樣品倉內(nèi)，進行基于慢正電子束的多普勒展寬譜測量，其 中正電子的入射電壓為0_25keV，正電子入射的面為復合絕緣子試樣的外表面。
[0032]步驟S130，采集多譜勒寬譜的S參數(shù)。S參數(shù)是用來表征多普勒展寬，其是表示中心區(qū)域的峰計數(shù)與峰總計數(shù)之比。S參數(shù)的峰可定性表征試樣的缺陷狀況，當缺陷增多時， 多普勒展寬曲線變窄，S參數(shù)增大。在一實施方式中，根據(jù)樣品的表面狀況，可收集到處于 不同數(shù)值范圍的S參數(shù)。
[0033]步驟S140，判斷S參數(shù)是否在預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)，若是，則復合絕緣子傘裙老化。 當復合絕緣子發(fā)生老化時，其表面的化學成分會發(fā)生變化，老化層的S參數(shù)即為預設(shè)參數(shù)， 其中，預設(shè)參數(shù)的獲取可以根據(jù)已經(jīng)發(fā)生老化的復合絕緣子進行慢正電子束測量得到。
[0034]在一實施方式中，當復合絕緣子發(fā)生老化時，其表面會有硅氧層形成，因此，老化 層即為硅氧層。選擇已經(jīng)老化的復合絕緣子傘裙進行慢正電子束測量，獲取此時復合絕緣 子的老化層的S參數(shù)，即為預設(shè)參數(shù)?？梢岳斫獾氖?，選擇的硅橡膠材料不同，預設(shè)參數(shù)的 數(shù)值也會不同。在本實施方式中，老化層為硅氧層，其成分SiO2，測量得到的預設(shè)參數(shù)的數(shù) 值為0.48，這與文獻中純SiO2的S參數(shù)特征值相近。如果測量得到的S參數(shù)有位于0.48 左右的，例如S參數(shù)位于0.48-0.49之間，則說明復合絕緣子傘裙出現(xiàn)了老化現(xiàn)象。
[0035]在一實施方式中，確認復合絕緣子傘裙老化的步驟之后還有計算老化層厚度的步 驟，具體操作為:
[0036]采集位于預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)的S參數(shù)。在測量的過程中，測得的老化層的S參數(shù) 的數(shù)值可能有多個，將這些S參數(shù)的數(shù)值收集起來。例如，如圖2所示，在本實施方式中，位 于0.48-0.49之間的S參數(shù)有5個，收集這5個S參數(shù)的數(shù)值。
[0037]獲取第一次出現(xiàn)在預設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)的第一 S參數(shù)數(shù)值和最后一次出現(xiàn)在預設(shè)參 數(shù)范圍之內(nèi)的第二 S參數(shù)數(shù)值。由于老化層S參數(shù)的有多個，在本實施方式中，采集第一次 出現(xiàn)0.48-0.49之間的S參數(shù)和最后一次出現(xiàn)在0.48-0.49之間的S參數(shù)。
[0038]采集第一 S參數(shù)數(shù)值和第二 S參數(shù)數(shù)值分別對應(yīng)的正電子入射能量，得到第一正 電子入射能量和第二正電子入射能量。
[0039]根據(jù)第一正電子入射能量數(shù)值和第二正電子入射能量數(shù)值，依據(jù)Zm = (40 X IO3/ P )E+16計算正電子平均入射深度，得到第一正電子平均入射深度Z1和第二正電子平均入 射深度Z2 ;其中，Zm為正電子平均入射深度，E+為正電子入射能量，P為復合絕緣子傘裙的 密度，硅橡膠的密度為0.9-1.2g/cm3,當材料確定時，該材料的密度也是確定的，在使用時 采用本領(lǐng)域常用方法測量該材料的具體密度即可。在一實施方式中，采集第一次出現(xiàn)在預 設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)的S參數(shù)數(shù)值，根據(jù)S參數(shù)數(shù)值得到對應(yīng)的正電子入射能量數(shù)值，進而根據(jù) 這個正電子入射能量數(shù)值得到正電子平均入射深度，得到的數(shù)值為老化層的起始位置的深 度，即第一正電子平均入射深度Z1 ;采集最后出現(xiàn)在預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)的S參數(shù)數(shù)值，根據(jù) S參數(shù)數(shù)值得到對應(yīng)的正電子入射能量數(shù)值，進而根據(jù)這個正電子入射能量數(shù)值得到正電 子平均入射深度，得到的數(shù)值為老化層的終止位置的深度，即第二正電子平均入射深度Z2。
[0040]如圖2所示，在本實施方式中，老化層中出現(xiàn)的第一個S參數(shù)數(shù)值即第一 S參數(shù)數(shù) 值，其對應(yīng)的入射電壓為l.0keV，根據(jù)Zm= (40X IO3/P )E+16可以計算出其對應(yīng)的入射深 度，即第一正電子平均入射深度Z1，其對應(yīng)的是老化層的起始點；最后一次出現(xiàn)在老化層的 S參數(shù)數(shù)值即第二 S參數(shù)數(shù)值，其對應(yīng)的入射電壓為2.0keV,根據(jù)Zm = (40 X IO3/ P ) E+16可 計算出其對應(yīng)的入射深度，即第二正電子平均入射深度Z2，其對應(yīng)的是老化層的終止點。 [0041 ] 計算第二正電子平均入射深度Z2與所述第一正電子平均入射深度Z1的差值，得到 的差值為老化層的厚度。在本實施方式中，老化層的厚度為Z=Z2-Z115由老化層的厚度可以判定復合絕緣子的老化程度，老化層的厚度隨老化加劇而變大。
[0042]在一實施方式中，根據(jù)多普勒寬譜的S參數(shù)的變化趨勢將復合絕緣子高壓側(cè)傘裙 分為表層、界面層和體層。由于復合絕緣子表面的化學環(huán)境與結(jié)構(gòu)與體內(nèi)未經(jīng)老化的部分 相比，會有很大的不同，而慢正電子束對物質(zhì)的缺陷信息十分敏感，其反應(yīng)出來的S參數(shù)的 變化趨勢也會不同，基于這一點，將復合絕緣子傘裙進行分層。
[0043]如圖2所示，其表示的是已經(jīng)發(fā)生老化的復合絕緣子傘裙的多普勒展寬譜，即S-E 曲線，從左自右，S-E曲線可以分為三個階段，即快速上升區(qū)，歸結(jié)為表層；下降區(qū)，歸結(jié)為 界面層；平緩區(qū)，歸結(jié)為體層。
[0044]由圖2中可以看到，處于表層的S參數(shù)處于低值水平，這歸結(jié)于正電子在更加致 密的結(jié)構(gòu)中的湮沒，說明表面產(chǎn)生了硅氧層，即老化層，體現(xiàn)在圖2上就是出現(xiàn)了 S參數(shù)在 0.48附近的S參數(shù)。在快速上升過程中，S參數(shù)的峰值接近0.56，相比于圖3中未經(jīng)老化 的復合絕緣子的S-E曲線，圖2中S參數(shù)的峰值高于圖3中未老化的復合絕緣子傘裙的S 參數(shù)峰值的水平(0.53)，這說明在老化樣品中，除了在表面產(chǎn)生了硅氧層之外，在硅氧層之 下，也就是界面層，有大量的小分子量的硅橡膠分子堆積。平緩區(qū)，S參數(shù)趨于飽和狀，體現(xiàn) 出來的就是一條直線。老化樣品中體層的S參數(shù)與未老化樣品中的S參數(shù)基本一致，這說 明老化未發(fā)生在體內(nèi)，而只在表面發(fā)生。
[0045]采集圖2中S參數(shù)處于0.48附近的S參數(shù)，并收集對應(yīng)的正電子入射能量數(shù)值范 圍，根據(jù)Zm = (40X IO3/P )E+16計算正電子平均入射深度，得到正電子入射深度的數(shù)值范 圍，正電子入射深度數(shù)值范圍端點值的差值就是老化層的厚度，在本實施方式中，老化層的 厚度為80nm。
[0046]上述檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，基于核物理中正電子湮沒譜學，分析復合 絕緣子表層的老化行為，鑒別和評估復合絕緣子的早期老化行為，而且還可以根據(jù)計算估 算老化層的厚度，從而判斷復合絕緣子的老化程度。
[0047]以上所述實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并 不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員 來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保 護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準。
【權(quán)利要求】
1.一種檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，其特征在于，包括以下步驟:選取復合絕緣子高壓側(cè)傘裙作為試樣；對所述試樣進行慢正電子束測量，得到隨正電子入射能量分布的多普勒展寬譜；采集所述多普勒寬譜的S參數(shù)；判斷所述S參數(shù)是否在預設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)；若是，則所述復合絕緣子傘裙老化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，其特征在于，確認所述復 合絕緣子傘裙老化的步驟之后還有計算老化層厚度的步驟，具體操作為:采集位于所述預設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)的S參數(shù)；獲取第一次出現(xiàn)在所述預設(shè)參數(shù)范圍內(nèi)的第一S參數(shù)數(shù)值和最后一次出現(xiàn)在所述預 設(shè)參數(shù)范圍之內(nèi)的第二 S參數(shù)數(shù)值；采集所述第一 S參數(shù)數(shù)值和所述第二 S參數(shù)數(shù)值分別對應(yīng)的正電子入射能量，得到第 一正電子入射能量和第二正電子入射能量；根據(jù)所述第一正電子入射能量和所述第二正電子入射能量，依據(jù)Zm= (40 X IO3/P ) E+16計算正電子平均入射深度，得到第一正電子平均入射深度和第二正電子平均入射深 度；其中，所述Zm為正電子平均入射深度，所述P為所述復合絕緣子傘裙的密度，所述E+ 為正電子入射能量；計算所述第二正電子平均入射深度與所述第一正電子平均入射深度的差值，得到的差 值為老化層的厚度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，其特征在于，所述老化層為娃氧層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，其特征在于，所述預設(shè)參 數(shù)范圍為0.48-0.49。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項所述的檢測復合絕緣子傘裙老化的方法，其特征在于，根 據(jù)所述多普勒寬譜的S參數(shù)的變化趨勢將所述復合絕緣子高壓側(cè)傘裙分為表層、界面層和 體層。
【文檔編號】G01N23/02GK103558234SQ201310495248
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】徐曉剛, 許志海, 彭向陽, 王柯, 余欣, 毛先胤, 方鵬飛, 何春清, 王建國, 鄭峰, 劉楊, 王康 申請人:廣東電網(wǎng)公司電力科學研究院, 武漢大學