基于激光诱导击穿光谱的绝缘子表面污秽研究

采用激光诱导击穿光谱(LIBS)对人工涂污绝缘片和自然积污绝缘片表面污秽的元素进行非接触式测量和分析,分别取Na、Al两种元素的谱线强度表征盐密和灰密对绝缘子表面污秽进行半定量分析。结果表明:LIBS能对人工涂污绝缘片污秽和自然积污绝缘片污秽的主要元素进行准确定性分析。对于人工涂污绝缘片污秽,当盐密增加2.5倍且灰密不变时,Na、Al两种元素的谱线强度分别增加了327.57%和16.0%;对于两种自然积污绝缘片污秽,重度污染绝缘片污秽中Na、Al两种元素的谱线强度相比轻度污染绝缘片分别增加了541.5%和97.8%。     

基于激光诱导击穿光谱的绝缘子污秽可溶盐定量关系

绝缘子表面污秽影响高压线路运行安全,现有的绝缘子污秽检测方法主要是取样后在实验室测试其等值盐密和灰密,无法进行现场实时测量。该文利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术,结合电感耦合等离子体光谱等元素分析技术,研究了人工污秽中若干盐类离子含量与激光光谱特征谱线的定量关系,提出了测量输电线路绝缘子污秽成分及浓度的新方法。结果表明,LIBS技术可检测污秽中绝大部分盐类元素含量。其中,Mg、Ca等元素特征谱线对应的含量与光谱相对强度呈现强线性关系,而Na、Al等元素部分谱线对应的可溶盐元素的含量与光谱相对强度的线性关系不明显,碱金属元素Na特征谱线受基体效应的影响较大。通过主成分分析方法分析了多种元素谱线的强度和浓度,实现了不同人工污秽主成分的聚类分析。     

基于激光诱导击穿光谱的绝缘子污秽度分析

污秽闪络是威胁电力系统安全的主要因素之一,为了预防污闪事故的发生,需要定期对绝缘子表面的污秽度进行检测,但传统的停电取样检测周期长,耗费大量人力物力。文中提出一种利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对绝缘子表面污秽度进行分析的方法。以10个带有不同等值盐密、等值灰密的自然污秽玻璃绝缘子为主要研究对象,将其上表面分为内、中、外环3个区域,研究不同测试策略下定标模型的相关系数,采用Na 589.592 nm、Al 396.192 nm作为特征谱线,发现对于盐密的检测定标模型,采用内、中环联合区域的测试策略,相关系数可达0.948 1,检测相对误差在5%以内;对于灰密的检测定标模型,采用中环独立区域的测试策略,相关系数可达0.938 3,检测相对误差在15%以内。该分析手段能实现现场快速分析绝缘子表面污秽度,提升输电线路运行安全维护作业能力,具有重要的工程应用价值。     

基于激光诱导击穿光谱的复合绝缘子老化诊断方法初探

以现场运行后的复合绝缘子为实验样品,初步探究了用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术进行复合绝缘子老化程度检测的可行性。首先测试复合绝缘子伞裙表面和芯层的Si元素和Al元素含量,然后计算各元素含量浅深比,并对复合绝缘子进行憎水性、傅里叶红外光谱(FTIR)及硬度测试。结果表明:LIBS、憎水性、FTIR和硬度测试结果具有一致性,验证了LIBS技术用于分析复合绝缘子老化的可行性。通过元素含量浅深比可以很好地判断绝缘子的老化程度,浅深比数值越接近于1,老化程度越轻。     

湿热环境硅橡胶含水率的激光诱导击穿光谱检测北大核心CSCD

湿热环境中,硅橡胶含水率过高会导致复合绝缘子老化加剧及温度升高等问题,目前缺乏一种能够对运行硅橡胶绝缘子含水率带电检测的手段。文中提出一种基于激光诱导击穿光谱技术的硅橡胶含水率检测方法,研究了延迟时间、激光能量等参数对于光谱质量的影响,并且比较了不同特征谱线强度与含水率的定标结果。结果表明,延迟时间为3μs时光谱质量最优,此时连续背景谱几乎衰减消失并且线性谱仍保持一定强度;激光能量较高时,水分在高温下蒸发对等离子体形态的影响程度提高,进而削弱特征谱线强度随含水率的变化趋势,激光能量为35.4、44.7 mJ时变化趋势较明显;H、O、N等元素谱线强度均与含水率之间具有一定的线性关系,其中激光能量为44.7 mJ时,O I 844.622 nm的定标结果拟合效果最好,拟合优度为0.8979,表明激光诱导击穿光谱技术能够对硅橡胶含水率进行定量分析,用于检测运行复合绝缘子的含水率,保障硅橡胶复合绝缘子的稳定运行。     

激光诱导击穿光谱技术应用于煤质分析的研究综述

实时掌握入炉煤的煤种特性,有利于燃煤发电机组的安全经济运行,但由于煤质在线分析技术的缺乏,一定程度地制约了火力发电燃烧优化技术的实质性发展,激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectros-copy,LIBS)技术作为一项潜在的在线分析技术被引入煤质在线分析领域。为此,分别从基础实验研究、定量分析方法研究和工业应用研究3个方面综述了国内外关于LIBS技术在煤质分析方面的研究现状,探讨了其中需要解决的关键问题。在LIBS技术现有发展的基础上,需要重点解决LIBS检测煤质所需的定量分析模型的精确度和煤种适应性、分析装置良好的现场适应性和长期运行的可靠性等问题。     

基于高光谱技术的绝缘子污秽等级检测方法

输电线路绝缘子污秽等级的在线检测对污闪防治具有重要意义。为此提出了一种基于高光谱技术的绝缘子污秽等级的非接触式检测方法。通过高光谱仪获取不同污秽等级的人工污秽样品的高光谱图像,采用黑白校正和多元散射校正对原始高光谱图像进行校正,获取校正后样品图像的感兴趣区域高光谱谱线;建立了支持向量机多值分类模型,实现待测样品的污秽等级划分。结果表明:硅橡胶表面污秽种类不同时,其高光谱谱线的吸收峰、反射峰位置、幅值以及变化趋势具有明显差异,污秽种类相同时则基本不变,但谱线幅值差异明显。基于全波段数据的模型能够精确、快速地对污秽等级进行划分,对NaCl、CaSO_4污秽等级的划分准确率均为97.5%。基于人工污秽样品高光谱谱线数据建立的支持向量机模型可对绝缘子不同伞裙表面的污秽等级进行划分,准确率为80%。因此,该方法能够应用于绝缘子污秽等级的非接触在线检测,为绝缘子污秽等级检测提供了新思路。     

激光诱导击穿光谱在核电安全检测中的应用

介绍了激光诱导击穿光谱测量技术在核电领域中的应用实例,从不同应用角度阐述了激光诱导击穿光谱仪（laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS）技术在核电厂应用原理及设备开发成果,分析了该测量技术在核电领域应用的可行性,并对LIBS技术在我国普遍存在的压水堆核电厂的应用前景作出了展望.     

基于激光诱导击穿光谱的瞬态温度测量方法

温度是影响材料力学性能的重要因素之一,准确测量器件温度是认识材料在应力作用下其力学性能演变以及评估设备健康状态和寿命的重要方式。面向功率器件开关过程中焊接界面快速温变测量的需求,传统方法存在时间分辨能力不足、难以测量瞬态温度的问题。本文基于激光诱导元素特征谱线强度与温度的密切相关性,提出了一种微秒量级时间分辨能力的表面温度测量方法,并建立了样品表面温度与光谱特性之间的定量关系。研究结果表明,物质表面温度提升导致激光诱导等离子体光谱强度和信噪比增强,且增强效果受到光谱采集延时和门宽影响。采用人工神经网络（BP-ANN）和偏最小二乘法（PLS）对表面温度与光谱特性关系定量拟合并校准,拟合模型R2指标均大于0.99。BP-ANN拟合模型的拟合偏差更小,其RMSE为2.582,正确率为98.3%。该方法为物体瞬态温度测量提供了一种有效手段,对功率器件焊接界面健康状态的评估给予了有力支撑。     

激光诱导击穿光谱测量未燃碳的煤种适应性分析

将激光诱导击穿光谱技术(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)应用于粉煤灰未燃碳的分析。通过快速灰化法制取不同含碳量的粉煤灰样品。利用脉冲激光在大气常压环境下激发样品,探测等离子体发射信号,得到未燃碳的光谱信息。由一种煤样制得的6组灰样构建未燃碳定标曲线,分析另外2种不同煤种的灰样未燃碳含量,以验证激光诱导击穿光谱技术分析粉煤灰未燃碳的煤种适应性能力。研究结果表明,通过采用适当的数据处理方法,由一种煤样制取的粉煤灰建立定标曲线,可分析不同煤种的粉煤灰样品,并能得到良好的定量分析结果。分析信号重复测量值的相对标准偏差小于8.08%,未燃碳定量分析的相对误差小于2.27%。证明了激光诱导击穿光谱技术适用于粉煤灰未燃碳的快速测量,并具有良好的煤种适应性能力。     

基于激光感生击穿光谱的燃煤结渣特性评估

提出一种利用激光感生光谱在线测量技术来评估燃煤结渣特性的方法。根据测量机理搭建了实验台架，选取4种典型的燃煤作为分析样品，其中6种用于制定激光感生击穿光谱定量分析的标准曲线，并利用该曲线对另外两种样品进行分析测量，将测量结果进行化学换算计算出煤粉的硅铝比以评估煤粉的结渣特性。将评估结果与以实验灰分分析为基础的其他结渣特性预测指标的计算结果进行了比较，结果表明两种预测结果相符。同时，文中也对进一步提高该方法预测精度的测量系统改进方案进行了探讨。     

内标法在激光诱导击穿光谱测定煤粉碳含量中的应用

采用激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术测量煤粉的元素含量。将高能激光束聚焦在煤粉表面形成样品的高温等离子体,用光纤光谱仪探测等离子体冷却过程中的发射谱线以测定煤粉的元素种类和含量。应用内标法定量分析煤粉C含量,根据测量原理搭建了实验平台,选取化学纯试剂C6H7NO3S、C和SiO2配制的8个混合样品作为标准样,分别进行LIBS实验。依据内标法原理,以Si为内标元素,建立了C含量的定标曲线,并利用该曲线对烟煤煤粉样C进行了定量分析。结果显示,LIBS内标法测定煤粉C含量的相对误差为1.46%,验证了内标法应用于LIBS测定煤粉元素含量的可行性。     

基于激光诱导击穿光谱的燃煤挥发分定量分析

利用21个已知挥发分的煤样样品,进行激光诱导击穿光谱实验,根据煤质的结构特点,选择相关元素的特征谱线波段强度,作为回归分析的输入量,分别引入多元回归定标法和偏最小二乘法,实现燃煤中挥发分的定量分析。通过比较两种方法的定标结果得出结论:偏最小二乘法算法下模型系数、预测样品平均相对误差、预测样品均方根误差等指标皆优于多元回归定标法,更适用于激光诱导击穿光谱定量分析挥发分中,并且能够得到较高的分析精度。     

用计算机实现绝缘子污秽等级自动划分

针对绝缘子污秽等级划分过程中的计算繁琐复杂、准确性差和效率低等诸多不足,构建相应数据库及图表模型,并推导出判断条件,实现对绝缘子污秽等级的自动划分,将计算数据结果以报表的形式导出,方便污秽等级划分。     

测量接地电流检测合成绝缘子污秽程度的可行性分析

通过对合成绝缘子体泄漏电流和表面泄漏电流分离测量,研究了合成绝缘子接地电流的特性,并将这两种泄漏电流与整体接地电流进行比较,同时分别研究了洁净和污秽合成绝缘子的接地电流。结果表明,污秽合成绝缘子整体接地电流与表面泄漏电流在幅值和波形上相同,因此可以通过测量绝缘子接地线上的电流来检测合成绝缘子的污秽程度。     

典型粉尘污染源下绝缘子积污粒径特征及其影响研究

从污秽颗粒粒径角度出发,测试分析了镍厂(金属)、化工厂两种典型粉尘污染源下绝缘子表面污秽粒径特征,并通过建立污秽颗粒沉积模型,研究了污秽颗粒粒径对积污的影响机制。结果表明:化工厂地区绝缘子表面污秽颗粒平均粒径仅为6.67μm,而镍厂地区绝缘子表面污秽颗粒平均粒径可达24.5μm;污秽颗粒粒径在20～30μm沉积率最大,因此镍厂区域内绝缘子表面积污严重;基于污秽颗粒沉积模型所得的仿真结果能够与现场积污现象互相印证,从而解释了污秽颗粒粒径对绝缘子积污的影响。