基于微波透射法的硅橡胶老化检测试验分析

针对复合绝缘子伞裙及护套老化问题，提出基于微波透射法的硅橡胶材料老化检测方法。开展了硅橡胶人工加速老化试验，搭建了微波无损检测试验平台进行硅橡胶微波无损检测试验，分析了不同老化程度硅橡胶透射系数S₂₁的变化规律，并通过数值仿真揭示了微波透射法检测硅橡胶老化状态的机理。结果表明：硅橡胶老化后，由于介电特性的改变，透射系数S₂₁的幅值会发生改变，通过ΔS₂₁的大小可表征硅橡胶的老化程度。该研究对复合绝缘子老化状态检测具有重要意义。     

基于微波反射法的复合绝缘子无损检测方法

为了对运行复合绝缘子内部缺陷进行无损探伤(NDT),提出一种基于高频微波的检测方法,利用微波在硅橡胶与缺陷以及缺陷与芯棒交界面处的折反射进行缺陷检测。首先通过计算不同缺陷类型处的折反射信号幅值,从理论上验证该方法可行性;其次,搭建了针对复合绝缘子的微波检测平台,并对加入不同类型人造缺陷的绝缘子样品上进行试验,优化各系统参数;最后对收集到的现场出现异常温升的绝缘子进行检测,找出缺陷位置,并解剖进行验证。实验结果表明:采用近场微波方法无需偶联剂,即可对复合绝缘子进行无接触、无损检测;可以检测到绝缘子内部的不同类型(介电常数)的缺陷;可识别尺寸小于0.4 mm的细微缺陷。通过实验验证了微波反射法应用于复合绝缘子内部缺陷检测的可行性。     

基于核磁共振技术的复合绝缘子伞裙老化状态测量系统研制

为了实现硅橡胶复合绝缘子老化状态的无损定量检测,研制了一种基于核磁共振技术的便携式复合绝缘子伞裙老化状态测量系统,重点介绍了核磁共振传感器的优化设计以及信号测量电路的研发。该系统的现场应用结果表明,伞裙的横向弛豫时间随复合绝缘子老化程度的增加而减小,利用样品不同深度层的老化状态的差异作为绝缘子伞裙老化状态的指标,可提高测量精度。该系统可实现对复合绝缘子伞裙老化状态的无损定量评估。     

硅橡胶复合绝缘子老化表征评估研究的现状与进展

硅橡胶复合绝缘子具有重量轻、耐污闪能力强、运输安装方便等优点,被广泛用于电力系统的外绝缘。在污秽、紫外辐射、放电、温湿度等现场复杂因素的长期作用下,复合绝缘子硅橡胶绝缘材料逐渐老化,运行可靠性显著降低,严重威胁电力系统的运行安全。如何科学表征和评估复合绝缘子的老化状况,是目前国内外业界关注的热点和难点问题。文中结合作者的研究成果,分析了复合绝缘子硅橡胶材料的老化机理,综述了目前考核复合绝缘子长期性能的模拟严酷环境试验方法以及复合绝缘子老化状态检测和评估技术的研究现状与进展,对各种老化试验及状态评估方法的适用性及有效性进行了分析,最后对复合绝缘子老化状态表征和评估技术的发展趋势进行了展望,以期能为电力部门的复合绝缘子运行维护和生产厂家的设计制造提供参考。     

用于硅橡胶复合绝缘子老化检测的便携式单边磁共振传感器设计*

定量准确评估复合绝缘子老化状态对电网安全运行至关重要.设计了一款能实现复合绝缘子老化状态现场定量无损检测的便携式单边磁共振传感器.首先设计了主磁体和配套的射频线圈;然后测量了具有不同使用时间的复合绝缘子,并得到了对应氢质子的横向弛豫衰减曲线;最后利用逆拉普拉斯变换对横向弛豫衰减曲线进行后处理,得到了横向弛豫时间T2的1-D频谱分布.试验结果表明,随着硅橡胶复合绝缘子使用时间的增加,伞裙表面的T2值减小,且伞裙表面与内部的T2之差增加.使用所设计的单边磁共振传感器可以实现对硅橡胶复合绝缘子老化状态的检测.     

硅橡胶复合绝缘子老化状态核磁共振与红外光谱对比分析研究

硅橡胶复合绝缘子在电力系统中使用广泛,但随着运行时间增长容易老化,威胁电力系统的安全运行。为此,采用核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)技术来分析识别硅橡胶复合绝缘子的老化状态。运用NMR分析方法从低场NMR信号中提取出表征硅橡胶绝缘子老化状态的特征量,解释绝缘子的老化机理,并与红外光谱分析技术进行对比分析。结果表明：复合绝缘子NMR测量结果与红外光谱外层吸收峰吻合,2种结果在一定程度上都能反映复合绝缘子的老化程度;绝缘子的老化程度越高,NMR方法的横向弛豫时间值越小,红外光谱的吸收值越低。     

硅橡胶复合绝缘子老化机理及其服役寿命预测研究综述

硅橡胶复合绝缘子在运行环境因素作用下的老化失效问题给电网的安全运行带来重大隐患,也是当前复合绝缘子运维管理中的重点和难点问题。文中系统分析了运行复合绝缘子老化的影响因素和作用机理,综述了当前复合绝缘子硅橡胶材料物理老化、化学老化和电老化的研究现状与进展,进而对其服役寿命的各种预测模型的适用性和有效性进行了分析,最后对复合绝缘子老化状态研究及寿命预测方法的发展趋势进行了展望,希望能为复合绝缘子生产厂家、运行单位和科研部门提供支持和参考。     

温度陡升下硅橡胶材料电热裂解的反应力场模拟

运行中的复合绝缘子出现闪络等事故时伴随有温度陡升现象，加之电场的协同作用，使得复合绝缘子用硅橡胶材料迅速裂解破坏。通过建立硅橡胶分子模型，基于反应力场模拟探究温度陡升下材料的电热裂解机理与特性，以期弥补宏观试验的部分局限性。结果表明：温度和电场对裂解的作用机制不同，温度占主导，电场能降低裂解温度，加速材料劣化；裂解过程由Si-C键的断裂引发，CH₄、H₂、C₂H₄、C₂H₂、H₂O为不同裂解阶段的主要产物；随着硅橡胶主链上甲基大量脱落，Si-CH₃键数量下降约40%，主链结构进一步破坏形成交联结构，Si-O-Si键与Si-C键数量比及碳氢比持续升高，最大分别为裂解前的2.93倍和1.87倍；以H₂为主的杂质气体产物扩散聚集，材料内产生空隙，结构发生重组，最终导致绝缘失效。     

SF6电流互感器绝缘缺陷的放电及气体分解特性

选取铝筒均压型和电容屏均压型的500 kV SF₆电流互感器（CT）试品,研究了绝缘子沿面缺陷和复合缺陷下的放电及气体分解特性,并分析了缺陷类型、放电路径长度和采气位置对该特性的影响。发现相位分辨率的脉冲序列（PRPD）谱图是气体分解特性研究的良好辅助手段,改良设计的采气口检测结果更准确。绝缘介质缺陷的典型特征是含C物质（CF₄、CS₂）的生成。绝缘子沿面缺陷下SO₂含量高于SO₂F₂,S₂OF₁₀的含量增长率较低,且放电路径长度会影响典型产物的种类。复合缺陷下SO₂F₂和SO₂的含量增长率较高,S₂OF₁₀的含量增长率相对低。     

复合绝缘子硅橡胶材料老化性能分析

分析了青海电网部分长时间服役的复合绝缘子硅橡胶材料的老化现象,研究了绝缘子用硅橡胶材料在高原地区的应用状况及其老化规律,采用核磁共振方法对硅橡胶材料进行了检测.结果表明,该检测方法是可行的,可快速、准确地监测电网运行中复合绝缘子的老化程度.     

微波反射法检测复合绝缘子内部缺陷方法研究

为了检测复合绝缘子内部缺陷。提出基于微波反射法的复合绝缘子检测方法。该方法将微波发射到复合绝缘子内,利用微波在不同介质内发生折反射的性质,检测反射波信号,判断绝缘子内部是否存在缺陷。通过理论分析初步验证微波反射法的可行性,搭建试验平台进行无损检测,通过对无缺陷样品的试验总结数据分布规律、提出初步判据。通过内含缺陷的样品验证该方法的实用效果。试验表明微波反射法对于复合绝缘子内部缺陷具有较为明显的检测效果。     

湿热环境下复合绝缘子伞裙老化快速检测及评价技术研究

现有的复合绝缘子检测评价技术以离线方式为主，难以对大规模运行中绝缘子的老化程度开展快速、便捷的判断。本文提出一种基于高光谱技术的复合绝缘子表面老化程度快速检测及评级方法。首先通过比较老化复合绝缘子伞裙和基体的Si-O-Si、Si-CH₃傅里叶红外光谱吸收峰对老化程度进行分级，然后利用高光谱数据并结合SVM算法模型对绝缘子老化程度进行分类。结果表明：“轻度、中度、重度”老化分类的准确度为71.8%，“轻度、重度”分类的准确度为97.3%。通过强度阈值分割方法，可以从复合绝缘子图像中剔除污损区域，抽取出老化区域。     

基于TG-DSC法的复合绝缘子硅橡胶主组分含量研究

硅橡胶复合绝缘子组分对绝缘子的质量及使用寿命具有决定性的影响,但目前电力部门缺乏有效的检测方法。采用热重分析-差示扫描量热联用技术,在系统研究硅橡胶及其主组分高温热分解规律的基础上,提出了一种根据硅橡胶在一定温度范围的热失重率推算氢氧化铝、有机硅化合物及白炭黑等稳定无机物组分含量的方法,并应用于复合绝缘子的质量控制、运行状态评估和老化失效分析。利用该方法对国内厂家系列复合绝缘子产品进行组分检测,发现总有机硅含量大多在35.9%~40.7%之间;对运行复合绝缘子伞裙进行逐层切片分析,发现硅橡胶组分随深度呈现规律性梯度变化,较好地反映了伞裙的表面老化状态;对断串复合绝缘子故障部位的组分分析结果也为事故诊断提供了较为可靠的依据。该方法有助于复合绝缘子的运维管理,也有助于保障输电线路的安全运行。     

全尺寸复合绝缘子内部缺陷微波无损检测研究

为减少由复合绝缘子内部缺陷造成的事故隐患,研究了基于微波理论的全尺寸复合绝缘子内部缺陷无损检测方法,提出了适用于该检测方法的数据处理及判定依据。根据所提出的理论,研制了由微波检测系统与自动化系统组成的全尺寸110 kV复合绝缘子自动化无损检测试验平台,制备了多种带有人造缺陷的全尺寸110 kV复合绝缘子样品。通过使用试验平台对人造样品的检测,得出了该方法对于气隙、碳化、金属缺陷的检测特征及精度。同时试验结果验证了所提出的理论的可行性与所研制的设备的可靠性。     

复合绝缘子内部缺陷微波致热检测方法

为了探测复合绝缘子的内部界面缺陷,文中提出一种基于微波致热的检测方法。针对电力系统中的常用设备——复合绝缘子的典型缺陷,结合电磁波理论,分析了微波在不同介电常数材料中传播特性的差异。通过有限元仿真分析,获得了含酥朽缺陷复合绝缘子在交流电压下的发热特性,并对比了微波作用下酥朽老化绝缘子与正常复合绝缘子发热特性的差异。使用实际出现朽化缺陷的芯棒样品,测试了微波加热后表面温升的特性,分析了微波入射方向、处理时间、功率对发热的影响。仿真与试验结果验证了微波致热检测绝缘子内部缺陷的有效性。通过对微波处理前后的样品开展质量监测、热失重、傅里叶红外光谱测试,分析了微波致热方法对复合绝缘子样品的劣化作用。     

基于ANSYS的复合套管裂纹发展趋势仿真分析

为推进复合套管老化的相关研究,针对复合套管运行中的老化特点,应用ANSYS有限元分析软件建立了不同半径的复合套管模型,对其在不同缺陷形式及不同机械应力作用下的受力情况进行了分析,研究了复合套管的老化趋势,并对比了其与复合绝缘子的老化异同。结果表明:受机械应力的作用下,半径大的硅橡胶复合套管较半径小的硅橡胶复合绝缘子老化变形更严重,且缺陷形式对老化发展的影响无明显规律。因此,与绝缘子相比,相同运行条件下的硅橡胶复合套管对外界机械应力的感应更为敏感。为了增加实验室电晕老化模拟的真实性,在复合套管人工加速老化试验时应增加机械力因子的作用,而将复合绝缘子老化研究方法及相关结论应用于硅橡胶复合套管中时也应增加限定条件。该结论对于硅橡胶复合套管的老化研究具有重要意义。     

复合绝缘子微波无损检测方法的关键因素研究

为了减少复合绝缘子缺陷的故障隐患,研究使用微波反射法对复合绝缘子内部缺陷进行检测的方法。该方法利用微波在绝缘子内部各层交界面的反射特征来进行缺陷检测。采用波阻抗模型进行计算,从理论上验证了微波检测方法的可行性;采用有限积分法对不同厚度的硅橡胶环氧树脂组合样品进行建模仿真,与实验结果对比,得到了硅橡胶厚度与微波反射信号强度的对应关系,即幅度衰减的周期性变化规律;采用平板样品进行实验,研究了缺陷尺寸与检测精度之间的关系,实验中最小可以检测到平板样品内0.3 mm深、4 mm宽的缺陷;提出使用读数偏移量相对值来判断缺陷的方法,使得本微波检测法可以适用于不同型号的绝缘子。理论和实验结果表明,采用微波反射法对复合绝缘子缺陷进行检测具有良好的可行性。     

硅橡胶复合绝缘子老化状态评估新判据

为利用硅橡胶材料的电导电流特性对复合绝缘子进行老化状态评估,以现场运行的复合绝缘子为试验对象进行研究。通过电导电流测试得到不同运行年限试样的电老化阈值,并根据电老化阈值评估试样的老化状态,再通过静态接触角测量结果分析试样的憎水性,最后利用扫描电镜测试分析试样的表面微观。初步试验发现,试样的老化程度越严重,其陷阱能级越深、电老化阈值越低、电导电流数值越大;新试样的电老化阈值在10k V/mm左右,运行15a的试样电老化阈值在5.5k V/mm左右;老化严重的试样电导电流较新试样要高出数倍;陷阱载流子密度与电老化阈值成正比关系;试样的电老化阈值与其憎水性、表面微观有着高度的对应关系。研究表明,通过硅橡胶材料的电导电流测试得到的电老化阈值,基本可以反映绝缘材料老化状态,电老化阈值有可能会成为硅橡胶复合绝缘子老化状态评估的新判据。     

相控阵超声波检测复合绝缘子内部缺陷

为消除因硅橡胶复合绝缘子内部缺陷对电网安全运行造成的隐患,利用相控阵超声波探伤仪对复合绝缘子在正常黏接、硅橡胶中部气孔缺陷、硅橡胶中部断面缺陷以及伞裙护套与芯棒黏接不良等4种情况进行无损检测.通过对比研究复合绝缘子在3种缺陷情况下超声波脉冲回波反射(A扫)图像和相控阵扇形扫描(S扫)图像,发现超声波相控阵法能够更加直观、快速地检测出缺陷信息.最后,总结了绝缘子在正常黏合及缺陷情况下相控阵超声波图像的特征差异,验证了相控阵超声波检测技术应用于复合绝缘子内部缺陷检测的可行性,为检测复合绝缘子的内部缺陷提供一种新思路.     

基于憎水迁移性测试的复合绝缘子老化特性

憎水迁移性作为复合绝缘子状态评价和老化程度判断的关键参数,有着重要的研究意义。为此,以在我国南方地区运行多年的直流复合绝缘子为研究对象,采用静态接触角法进行了系统的憎水迁移性测试,同时应用傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱分析深入探究了硅橡胶材料的微观结构变化。研究结果表明:绝缘子伞裙上表面的边沿憎水迁移性最差,根部憎水迁移性最好,绝缘子不同方位的憎水迁移性也有所差异;老化最为严重的边沿褪色位置有机官能团含量大幅下降,Si元素和C元素减少、Al元素增加,并且检测出硅橡胶体系交联度的明显上升。上述憎水迁移性以及微观分析的研究结果可为直流复合绝缘子老化机制和老化程度评估提供依据。