一種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測(cè)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(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]輸電線(xiàn)路良好的外絕緣狀態(tài)是電力系統(tǒng)安全運(yùn)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(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，受到電場(chǎng)、溫度、濕度等因素的影響會(huì)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(xiàn)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對(duì)于輸電線(xiàn)路復(fù)合材料老化狀態(tài)進(jìn)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(zhǎng)期運(yùn)行后，硅橡膠材料會(huì)出現(xiàn)老化現(xiàn)象，造成其性能下降。為保證輸電線(xiàn)路外絕緣的可靠性，需要對(duì)于輸電線(xiàn)路復(fù)合絕緣材料的老化情況進(jìn)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(cè)試以及振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)等方法。但憎水性測(cè)試難以對(duì)復(fù)合材料的老化進(jìn)行有效判定，化學(xué)分析方法需進(jìn)行破壞性試驗(yàn)獲取試樣且無(wú)法在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，而振動(dòng)聲學(xué)檢測(cè)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(guò)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(guò)程。通過(guò)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(xì)過(guò)程信息。因此尋找復(fù)合材料從表面到內(nèi)部的變化趨勢(shì)(材料成分或者性能)表征和檢測(cè)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(duì)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(cè)方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合材料老化狀態(tài)快速、準(zhǔn)確的檢測(cè)，且避免現(xiàn)有方法所需進(jìn)行的破壞性試驗(yàn)。
[0008]為實(shí)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(cè)方法，包括以下步驟:
[0010]S1、用脈沖激光束多次轟擊待檢測(cè)的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點(diǎn)，產(chǎn)生等離子體，并測(cè)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(shí)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(shí)的光譜特性指標(biāo)，所述光譜特性指標(biāo)至少包括特征譜線(xiàn)的譜線(xiàn)強(qiáng)度特征；
[0012]S3、確定所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)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(biāo)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(jìn)一步地:
[0015]所述選取點(diǎn)包括復(fù)合絕緣材料表面上不同位置的多個(gè)選取點(diǎn)，步驟S4中，確定復(fù)合絕緣材料在所述多個(gè)選取點(diǎn)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(cè)的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點(diǎn)；步驟S3中，確定所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)隨轟擊次數(shù)的變化關(guān)系，由此來(lái)反映所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)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(xiàn)性關(guān)系，以及所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)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(cè)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(shí)的特征譜線(xiàn)，并計(jì)算得到所述第二元素與所述第一元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度比；步驟S3中，確定所述第二元素與所述第一元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線(xiàn)；步驟S4中、根據(jù)所述第二元素與所述第一元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線(xiàn)，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(xiàn)強(qiáng)度相對(duì)穩(wěn)定的元素作為所述第一元素，選取多次轟擊下光譜強(qiáng)度相對(duì)不穩(wěn)定的元素作為所述第二元素。
[0020]所述光譜特性指標(biāo)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(xiàn)路和變電設(shè)備應(yīng)用的復(fù)合材料。
[0022]所述輸電線(xiàn)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(hù)套等多種外絕緣復(fù)合材料。
[0023]使用LIBS系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]針對(duì)現(xiàn)有的復(fù)合材料老化狀態(tài)判斷方法需要進(jìn)行破壞性試驗(yàn)(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?cái)?，而其他的聲學(xué)、光學(xué)檢測(cè)方式只能針對(duì)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(cè)方法，利用脈沖激光束轟擊復(fù)合絕緣材料表面，通過(guò)建立元素特征譜線(xiàn)強(qiáng)度隨復(fù)合絕緣材料深度的變化關(guān)系，來(lái)快速、可靠地檢測(cè)輸電線(xiàn)路復(fù)合絕緣材料老化情況?；诒景l(fā)明的復(fù)合材料老化檢測(cè)方法，通過(guò)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(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用。
[0026]具體來(lái)說(shuō)，由脈沖激光光源發(fā)出激光聚焦于待檢測(cè)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(cè)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(guò)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(xiàn)強(qiáng)度、譜線(xiàn)強(qiáng)度比，等離子體溫度、等離子體電子密度等光譜特性指標(biāo)，利用這些指標(biāo)與復(fù)合材料老化狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性可以對(duì)復(fù)合材料的老化狀態(tài)進(jìn)行快速判斷。
[0027]本發(fā)明利用激光誘導(dǎo)等離子體光譜對(duì)待測(cè)對(duì)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(guān)檢查的基礎(chǔ)上，利用LIBS設(shè)備對(duì)待測(cè)復(fù)合材料(RTV涂料或者復(fù)合絕緣子傘裙材料)進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)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(xiàn)對(duì)待測(cè)試樣狀態(tài)敏感的特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的老化檢測(cè)，相比現(xiàn)有的檢測(cè)方法和儀器，具有無(wú)需特別取樣，操作方便，分析速度快(全部分析過(guò)程不超過(guò)30s)的優(yōu)點(diǎn)，可以在停電檢修期間對(duì)桿塔的多個(gè)絕緣子串和單支絕緣子的多個(gè)傘裙進(jìn)行分析判斷。通過(guò)本發(fā)明的應(yīng)用，可以快速判定輸電線(xiàn)路復(fù)合材料的老化狀態(tài)，根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行更換或者維護(hù)，保證電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1為本發(fā)明一種實(shí)施例中所用的LIBS系統(tǒng)原理圖；
[0029]圖2為本發(fā)明一種實(shí)施例中Mg元素與Si元素特征譜線(xiàn)強(qiáng)度比隨轟擊次數(shù)變化情況。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說(shuō)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(shí)施例中，一種復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)檢測(cè)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(cè)的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點(diǎn)，產(chǎn)生等離子體，并測(cè)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(shí)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(shí)的光譜特性指標(biāo)，所述光譜特性指標(biāo)至少包括特征譜線(xiàn)的譜線(xiàn)強(qiáng)度特征；
[0034]步驟S3、確定所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)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(biāo)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(shí)施例中，所述復(fù)合絕緣材料為輸電線(xiàn)路、變電設(shè)備應(yīng)用的復(fù)合材料，通過(guò)本方法實(shí)現(xiàn)對(duì)為輸電線(xiàn)路、變電設(shè)備應(yīng)用的復(fù)合材料的老化狀態(tài)檢測(cè)。所述輸電線(xiàn)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(hù)套等多種外絕緣復(fù)合材料。
[0037]在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述選取點(diǎn)包括復(fù)合絕緣材料表面上不同位置的多個(gè)選取點(diǎn)，步驟S4中，確定復(fù)合絕緣材料在所述多個(gè)選取點(diǎn)的平均老化狀態(tài)信息，以此來(lái)判斷復(fù)合絕緣材料老化狀態(tài)。
[0038]在優(yōu)選的實(shí)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(cè)的復(fù)合絕緣材料表面上的選取點(diǎn)；步驟S3中，確定所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)隨轟擊次數(shù)的變化關(guān)系，由此來(lái)反映所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)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(xiàn)性關(guān)系，以及所述特定組成元素的光譜特性指標(biāo)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(shí)施例中，所述步驟S2中檢測(cè)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(shí)的特征譜線(xiàn)，并計(jì)算得到所述第二元素與所述第一元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度比；步驟S3中，確定所述第二元素與所述第一元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線(xiàn);步驟S4中、根據(jù)所述第二元素與所述第一元素的譜線(xiàn)強(qiáng)度比隨轟擊深度的變化關(guān)系曲線(xiàn)，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(shí)施例中，步驟S2中，選取多次轟擊下