本發(fā)明涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)合絕緣子的缺陷檢測方法。

背景技術(shù)：

目前，我國掛網(wǎng)使用中的復(fù)合絕緣子數(shù)量約為700萬支，且該數(shù)字一直處于增長的狀態(tài)中。作為高壓輸電線路絕緣的基石，復(fù)合絕緣子在保障國民安全生產(chǎn)生活方面起到了不可替代的作用。由于傘裙老化、機(jī)械斷裂等原因，復(fù)合絕緣子的內(nèi)部或外部常出現(xiàn)許多肉眼無法識別的缺陷。這些缺陷的存在會極大的降低復(fù)合絕緣子的電氣性能，并最終導(dǎo)致污閃等重大事故的產(chǎn)生。

當(dāng)前，對復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷的無損檢測主要有超聲、紅外、微波、紫外等手段。其中超聲、紅外等傳統(tǒng)手段在檢測某些特定類型的缺陷時(shí)，有非常良好的表現(xiàn)。但是紅外、紫外等檢測手段，只能在絕緣子掛網(wǎng)帶電時(shí)進(jìn)行檢測，對客觀環(huán)境的要求高。

微波檢測技術(shù)是近年來逐漸興起的一種檢測技術(shù)，通常的微波檢測采用反射式檢測方法，采用該檢測方法只能讀取入射信號和反射信號的幅值信息。該類方法所獲得的信息量太小，很容易造成漏檢或錯檢。

同時(shí)，通常的微波檢測采用的是連續(xù)波微波檢測技術(shù)的復(fù)合絕緣子故障判斷方法，檢測時(shí)通過微波振蕩源向復(fù)合絕緣子發(fā)射幅值一定的固定頻率(24ghz)連續(xù)波，并通過測量發(fā)射波信號強(qiáng)度并判斷其是否處于正常范圍對復(fù)合絕緣子進(jìn)行缺陷檢測。采用這種固定頻率檢測法，其特征頻率可能對某一種缺陷比較敏感，對其他缺陷并不敏感。同時(shí)，特定頻率檢測意味著特定的波長，即該檢測波對缺陷信號的敏感尺寸是固定的。所以，固定頻率檢測法只適合用于特定尺寸的特定類型的缺陷的檢測。

由此可見，現(xiàn)有的復(fù)合絕緣子缺陷檢測設(shè)備存在普適性低、容易漏檢、錯檢等缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種基于復(fù)合絕緣子的近k波段檢測信號特性的檢測方法，能夠根據(jù)復(fù)合絕緣子散射參數(shù)的變化情況對其狀態(tài)及缺陷進(jìn)行診斷。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，控制掃頻微波信號源發(fā)出入射信號，該入射信號被物理探頭發(fā)射至待測復(fù)合絕緣子內(nèi)，并產(chǎn)生反射信號和透射信號；接收探頭收集該反射信號、透射信號和入射信號并將三者傳送至分析儀進(jìn)行處理；

步驟2，分析儀根據(jù)入射信號、反射信號、透射信號的幅值和相位，進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算得到散射參數(shù)s；

步驟3，判斷是否已經(jīng)完成一次完整的掃頻檢測：如果是，則進(jìn)入步驟4；如果否，則調(diào)整掃頻微波信號源的入射信號頻率，并返回步驟1；

步驟4，完成一次完整的掃頻檢測后，得到一列以掃頻微波信號源的入射信號頻率為自變量的散射參數(shù)s，根據(jù)s值的大小繪制頻率-散射參數(shù)s曲線；

步驟5，根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行判定和估計(jì)。

進(jìn)一步地，步驟1所述微波源提供的微波信號為可變頻的微波信號。

進(jìn)一步地，所述可變頻的微波信號的頻率范圍為4-30ghz，步進(jìn)間隔為0.1mhz。

進(jìn)一步地，步驟2所述散射參數(shù)s是一個(gè)2×2的矩陣型參數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，a1為入射信號，a2為背景噪聲信號，b1為反射信號，b2為透射信號。

進(jìn)一步地，步驟5所述根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行判定，具體為：

采用極值識別算法，如果s11或s21參數(shù)在某一頻域的下降/上升速度超過20db/ghz則判定該頻域?yàn)楫惓?；異常帶中的s參數(shù)極小值點(diǎn)如果比異常帶邊緣s參數(shù)值低40db以上，則判定在此位置有缺陷。

進(jìn)一步地，步驟5所述根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行估計(jì)，具體為：

根據(jù)行波理論，固定波長的波能檢測的缺陷尺寸正比于該波長，即反比于頻率；因此根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線，找到待測復(fù)合絕緣子被測點(diǎn)的特定波長吸收區(qū)間，并由此估計(jì)缺陷尺寸。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：(1)基于入射、反射、透射信號進(jìn)行復(fù)合絕緣子散射參數(shù)s的計(jì)算，對表征各種二端口網(wǎng)絡(luò)的微波傳遞特性有非常好的效果；(2)基于分析儀進(jìn)行準(zhǔn)確的缺陷識別，標(biāo)準(zhǔn)明確、判定平穩(wěn)，且非常容易編程操作；(3)基于頻率吸收峰的缺陷尺寸估計(jì)方法，通過尋找散射參數(shù)變化的吸收峰，從而能估計(jì)目標(biāo)缺陷的尺寸。

附圖說明

圖1為本發(fā)明復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測方法的流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例中復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測設(shè)備的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的原理如下：入射信號由掃頻微波信號源發(fā)出，每次信號源發(fā)射固定頻率的微波信號，直至收到修改信號頻率指令。經(jīng)過物理探頭的發(fā)射，入射信號被發(fā)射到被測試件(復(fù)合絕緣子)內(nèi)，并產(chǎn)生了反射信號和透射信號。經(jīng)過接收探頭的收集，該反射信號和透射信號被與入射信號一起，送入分析儀對散射參數(shù)s進(jìn)行計(jì)算。散射參數(shù)s是被測試件(復(fù)合絕緣子)自身的一種特征數(shù)據(jù)，是樣品的關(guān)于波源頻率的一組變量，可通過將入射信號、反射信號、透射信號的幅值和相位進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算得到。

計(jì)算出當(dāng)前頻率下的s參數(shù)后，分析儀對當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行分析，判定是否已經(jīng)完成了一次完整的掃頻檢測。如已經(jīng)完成一次掃頻檢測，則進(jìn)入下一階段的特征數(shù)據(jù)分析。如仍未完成該檢測，則發(fā)出指令調(diào)整掃頻信號源的信號，進(jìn)行下一頻率的檢測，數(shù)據(jù)庫將重復(fù)此過程直到完成一次完整的掃頻檢測。

當(dāng)對被測試件完成了一次完整的掃頻操作后，分析儀即收集到了一列以波源頻率為自變量的散射參數(shù)s。根據(jù)s值的大小，可繪制出“頻率-散射參數(shù)s”的曲線并進(jìn)行下一步的缺陷判定和估計(jì)。缺陷的判定和估計(jì)主要根據(jù)散射參數(shù)s的變化情況來進(jìn)行。如果散射參數(shù)曲線中出現(xiàn)了明顯的吸收峰，即在某一特定頻率附近或某一特定頻段處，出現(xiàn)了與無缺陷情況時(shí)不同的散射參數(shù)s的明顯降低，則表明被測試件存在缺陷。同時(shí)，根據(jù)散射參數(shù)異常帶的中心頻率大小，可直接估算該缺陷的尺寸。如果整個(gè)散射參數(shù)特征數(shù)據(jù)中存在多個(gè)異常帶，則表明該被測試件內(nèi)部存在多個(gè)不同大小的缺陷。

結(jié)合圖1，本發(fā)明復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，控制掃頻微波信號源發(fā)出入射信號，該入射信號被物理探頭發(fā)射至待測復(fù)合絕緣子內(nèi)，并產(chǎn)生反射信號和透射信號；接收探頭收集該反射信號、透射信號和入射信號并將三者傳送至分析儀進(jìn)行處理；

步驟2，分析儀根據(jù)入射信號、反射信號、透射信號的幅值和相位，進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算得到散射參數(shù)s；

步驟3，判斷是否已經(jīng)完成一次完整的掃頻檢測：如果是，則進(jìn)入步驟4；如果否，則調(diào)整掃頻微波信號源的入射信號頻率，并返回步驟1；

步驟4，完成一次完整的掃頻檢測后，得到一列以掃頻微波信號源的入射信號頻率為自變量的散射參數(shù)s，根據(jù)s值的大小繪制頻率-散射參數(shù)s曲線；

步驟5，根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行判定和估計(jì)。

進(jìn)一步地，步驟1所述微波源提供的微波信號為可變頻的微波信號。

進(jìn)一步地，所述可變頻的微波信號的頻率范圍為4-30ghz，步進(jìn)間隔為0.1mhz。

進(jìn)一步地，步驟2所述散射參數(shù)s是一個(gè)2×2的矩陣型參數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，a1為入射信號，a2為背景噪聲信號，b1為反射信號，b2為透射信號。

進(jìn)一步地，步驟5所述根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行判定，具體為：

采用極值識別算法，如果s11或s21參數(shù)在某一頻域的下降/上升速度超過20db/ghz則判定該頻域?yàn)楫惓?；異常帶中的s參數(shù)極小值點(diǎn)如果比異常帶邊緣s參數(shù)值低40db以上，則判定在此位置有缺陷；異常帶邊緣是指異常帶兩個(gè)端點(diǎn)處。

進(jìn)一步地，步驟5所述根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行估計(jì)，具體為：

根據(jù)行波理論，固定波長的波能檢測的缺陷尺寸正比于該波長，即反比于頻率；因此根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線，找到待測復(fù)合絕緣子被測點(diǎn)的特定波長吸收區(qū)間，并由此估計(jì)缺陷尺寸，比如異常帶：23.5-24.7ghz，異常帶極小值點(diǎn)：24ghz，異常帶對應(yīng)波長區(qū)間：1.214-1.276mm，極小值點(diǎn)對應(yīng)波長：1.25mm，實(shí)際缺陷尺寸：1.24mm。

實(shí)施例1

圖2為本發(fā)明提出的復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測設(shè)備的一種實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，該復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測設(shè)備包括微波源11、波導(dǎo)管12、耦合探頭13、接收器14、接收機(jī)15以及分析儀16。

其中，所述微波源11提供可變頻的微波信號，頻率范圍為4-30ghz，步進(jìn)間隔為0.1mhz，微波波段劃分如下：c波段4-8ghz，x波段8-12ghz，ku波段12-18ghz，k波段18-27ghz，ka波段27-40ghz。本裝置用于實(shí)現(xiàn)缺陷檢測功能的核心波段為20-26ghz左右，故稱“近k波段”，實(shí)際使用時(shí)可在這個(gè)區(qū)間內(nèi)選擇任意連續(xù)掃頻波段；

所述波導(dǎo)管12為微波掃頻信號的傳導(dǎo)裝置，用于溝通微波源11和耦合探頭13。

由于不同尺寸的波導(dǎo)管12只能傳導(dǎo)特定波形的頻率位于某一頻段的微波信號，因此根據(jù)掃頻范圍的不同，本實(shí)施中的復(fù)合絕緣子無損檢測設(shè)備可定制不同規(guī)格的波導(dǎo)管12，以保證掃頻信號的正常傳導(dǎo)。

本實(shí)施例中使用特制的耦合探頭13作為入射信號a1的發(fā)射探頭和反射信號b1的收錄探頭，以便進(jìn)行測量。耦合探頭13為特制的耦合探頭，可以同時(shí)滿足發(fā)射入射信號、接受反射信號并使二者分離的功能，其分離入射信號a1和反射信號b1，并同時(shí)將這兩個(gè)信號分離為信號a和b送到接收機(jī)15中。

接收器14是用來收集穿透過被測試件21(例如復(fù)合絕緣子)的微波掃頻信號的探頭，其收集到透射信號b2并將其作為信號c送往接收機(jī)15并等待進(jìn)一步的分析。

上述a信號即為a1信號，b信號即為b1信號，c信號即為b2信號，耦合探頭13與接收器14在此過程中只負(fù)責(zé)收集并傳遞信號，不改變信號實(shí)質(zhì)內(nèi)容。

接收機(jī)15接收到信號a、信號b、信號c后，將其送入分析儀16進(jìn)行計(jì)算和分析。接收機(jī)15不對信號進(jìn)行處理，僅對3路信號起接收與傳遞的功能。分析儀16的輸入插口無法與耦合探頭13、接收器14的輸出插頭匹配，故加設(shè)接收機(jī)15進(jìn)行收集和轉(zhuǎn)換。

基于上述設(shè)備的復(fù)合絕緣子缺陷無損檢測方法，包括以下步驟：

步驟1，控制掃頻微波信號源發(fā)出入射信號，該入射信號被物理探頭發(fā)射至待測復(fù)合絕緣子內(nèi)，并產(chǎn)生反射信號和透射信號；接收探頭收集該反射信號、透射信號和入射信號并將三者傳送至分析儀進(jìn)行處理；

步驟2，分析儀根據(jù)入射信號、反射信號、透射信號的幅值和相位，進(jìn)行聯(lián)合計(jì)算得到散射參數(shù)s；

所述散射參數(shù)s是一個(gè)2×2的矩陣型參數(shù)計(jì)算公式如下：

其中，a1為入射信號，a2為背景噪聲信號，b1為反射信號，b2為透射信號。

步驟3，判斷是否已經(jīng)完成一次完整的掃頻檢測：如果是，則進(jìn)入步驟4；如果否，則調(diào)整掃頻微波信號源的入射信號頻率，并返回步驟1；

步驟4，完成一次完整的掃頻檢測后，得到一列以掃頻微波信號源的入射信號頻率為自變量的散射參數(shù)s，根據(jù)s值的大小繪制頻率-散射參數(shù)s曲線；

步驟5，根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行判定和估計(jì)；

所述根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行判定，具體為：采用極值識別算法，如果s11或s21參數(shù)在某一頻域的下降/上升速度超過20db/ghz則判定該頻域?yàn)楫惓?；異常帶中的s參數(shù)極小值點(diǎn)如果比異常帶邊緣s參數(shù)值低40db以上，則判定在此位置有缺陷。

所述根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線的變化情況，對待測復(fù)合絕緣子的缺陷進(jìn)行估計(jì)，具體為：根據(jù)行波理論，固定波長的波能檢測的缺陷尺寸正比于該波長，即反比于頻率；因此根據(jù)頻率-散射參數(shù)s曲線，找到待測復(fù)合絕緣子被測點(diǎn)的特定波長吸收區(qū)間，并由此估計(jì)缺陷尺寸。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)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(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。