一种复合绝缘子服役寿命的评价方法.pdf

本发明公开一种复合绝缘子服役寿命的评价方法。复合绝缘子外伞裙经清扫处理后，对高压端第一片外伞裙中心同心圆位置均匀裁剪多个测试点，干燥后，放置ATR-FTIR光谱仪中采集红外光谱信息；选取光谱图中-Si-O-和-CH3特征峰为复合绝缘子外伞裙中无机和有机组分代表性特征峰；计算-Si-O-和-CH3特征峰峰面积比值，并求多个测试点的平均值作为该复合绝缘子的-Si-O-/-CH3比值；依据前述方法，对不同复合绝缘子进行测试；根据不同复合绝缘子的-Si-O-/-CH3比值，对复合绝缘子服役寿命进行评价：比值越大，寿命越短；比值越小，寿命越长。本发明方法，解决了检测、制样复杂的问题；解决了图谱峰过于复杂影响特征量提取的问题；解决了FTIR精确定量检测的问题；检测结果不受生产厂家、配方等的影响。

1.  一种复合绝缘子服役寿命的评价方法，其特征在于：复合绝缘子外伞裙经清扫处理后，对高压端第一片外伞裙中心同心圆位置均匀裁剪多个测试点，干燥后，放置ATR-FTIR光谱仪中采集红外光谱信息；选取光谱图中-Si-O-和-CH₃特征峰为复合绝缘子外伞裙中无机和有机组分代表性特征峰；计算-Si-O-和-CH₃特征峰峰面积比值，并求多个测试点的平均值作为该复合绝缘子的-Si-O-/-CH₃比值；依据前述方法，对不同复合绝缘子进行测试；根据不同复合绝缘子的-Si-O-/-CH₃比值，对复合绝缘子服役寿命进行评价：-Si-O-/-CH₃比值越大，寿命越短；-Si-O-/-CH₃比值越小，寿命越长。

2.  如权利要求1所述的复合绝缘子服役寿命的评价方法，其特征在于：所述清扫处理的步骤为：用毛刷清理复合绝缘子外伞裙表面污垢，然后用脱脂棉蘸取醇类有机溶剂或其和水的混合溶剂，擦拭外伞裙表面，静置晾干。

3.  如权利要求2所述的复合绝缘子服役寿命的评价方法，其特征在于：所述醇类有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或正丁醇。

4.  如权利要求1-3任一所述的复合绝缘子服役寿命的评价方法，其特征在于：所述测试点为5个，并且每个测试点的规格为2×2cm²。

一种复合绝缘子服役寿命的评价方法
技术领域
本发明属于复合绝缘子技术领域，特别涉及一种复合绝缘子服役寿命的评价方法。
背景技术
根据统计，截止2010年12月，66kV及以上电压等级交/直流输电线路上在运的绝缘子共11336713串（支），其中复合绝缘子4196235支，占所有类型绝缘子串（支）数的37.02%。2013年，通过国网正式招标，电压等级在35kV以上的复合绝缘子数量为891958支，而每年各地区电网自主招标、各地方线路治理改造、10kV配网线路等未在国网招标之列的复合绝缘子，实际需求总量远超于招标数量。保守估计，目前我国66kV及以上电压等级的运行复合绝缘子数量超过1000万支。
复合绝缘子属于有机材料，在正常设计、正常制造、正常使用和维护下，国内主流复合绝缘子硅橡胶材料的使用寿命一般为 15-20 年。1985年首次挂网运行的复合绝缘子到如今已有29年的历史，1995年大批量应用的复合绝缘子到今天也有19年。据统计，到目前为止，运行10年及以上的复合绝缘子占据了整个电网复合绝缘子的应用总数一半以上，并逐年增加。
复合绝缘子老化问题已经受到研究人员的关注，尤其是运行中的复合绝缘子老化检测。检测手段和方法日渐丰富，从起初绝缘子的电气、机械检测到绝缘材料的物理、化学性质的检测。材料学的检测手段比如FTIR、NMR、SEM、DSC等都是着眼于硅橡胶材料组成、结构的变化，以此反映复合绝缘子外伞裙的老化情况。通过这些定性、定量的检测方法，硅橡胶材料的老化情况能有效地反映出来。但是，目前电网中运行的复合绝缘子所占比例越来越大，单纯的老化检测已不能满足电网状态评价、安全可靠运行的需求。
对于电网中大量运行的复合绝缘子，通过有效的老化检测方法表征复合绝缘子硅橡胶材料的老化程度，使检测特征量与复合绝缘子运行寿命联系起来，从而建立运行复合绝缘子使用寿命的评价方法。因此检测手段应具备以下要求：（1）检测的特征量值直接反映硅橡胶材料组分；（2）不仅能定性分析，也能定量测量；（3）能在线检测或理论上能实现在线检测；（4）样品制备简单、操作方便。
发明内容
本发明目的在于提供一种有效、可靠的复合绝缘子服役寿命的评价方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种复合绝缘子服役寿命的评价方法：复合绝缘子外伞裙经清扫处理后，对高压端第一片外伞裙中心同心圆位置均匀裁剪多个测试点，干燥后，放置ATR-FTIR光谱仪中采集红外光谱信息；选取光谱图中-Si-O-和-CH₃特征峰为复合绝缘子外伞裙中无机和有机组分代表性特征峰；计算-Si-O-和-CH₃特征峰峰面积比值，并求多个测试点的平均值作为该复合绝缘子的-Si-O-/-CH₃比值；依据前述方法，对不同复合绝缘子进行测试；根据不同复合绝缘子的-Si-O-/-CH₃比值，对复合绝缘子服役寿命进行评价：-Si-O-/-CH₃比值越大，寿命越短；-Si-O-/-CH₃比值越小，寿命越长。
所述清扫处理的步骤为：用毛刷清理复合绝缘子外伞裙表面污垢，然后用脱脂棉蘸取醇类有机溶剂或其和水的混合溶剂，擦拭外伞裙表面，静置晾干。
所述醇类有机溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇或正丁醇。
所述测试点为5个，并且每个测试点的规格为2×2cm²。
ATR FTIR（Attenuated Total Internal Reflectance FTIR）全称是衰减全反射傅立叶变换红外光谱。ATR是红外光谱法的重要实验方法之一，其是基于光内反射原理而设计。从光源发出的红外光经过折射率大的晶体再投射到折射率小的试样表面上，当入射角大于临界角时，入射光线就会产生全反射。事实上红外光并不是全部被反射回来，而是穿透到试样表面内一定深度后再返回表面。在该过程中，试样在入射光频率区域内有选择吸收，反射光强度发生减弱，产生与透射吸收相类似的谱图，从而获得样品表层化学成份的结构信息。
本发明评价方法设计依据：复合绝缘子外伞裙材料主要成分包含硅橡胶（甲基乙烯基硅橡胶）、补强填料（白炭黑）、结构控制剂（羟基硅油和含氢硅油）、着色剂、硫化剂、耐热添加剂及各种硅油助剂等。因此，得到的伞裙材料中包含有机组分（硅橡胶、各硅油添加剂）和无机组分（主要是白炭黑、氢氧化铝），其中橡胶含量在40%左右。复合绝缘子在运行过程中，无机组分物理性质可认为未发生变化，绝缘子的老化实际上是伞裙中硅橡胶类有机组分的老化、裂解、流失，也即是伞裙老化越严重，硅橡胶中的有机基团含量比例也越小。随着伞裙老化，有机基团裂解流失，而伞裙中无机组分（SiO₂）及硅橡胶分子结构中无机官能团-Si-O-变化不大，可看做固定量。同一个样品中其有机基团的含量与无机基团的含量比值也是一个固定值，其比值大小直接反映了硅橡胶材料的老化程度。
本发明用ATR FTIR技术，经过特定的检测数据分析处理方法，建立一种有效、可靠的复合绝缘子寿命评价方法，解决了复合绝缘子检测、制样复杂的问题；定向选取伞裙材料中有机基团和无机基团作为检测量，解决了图谱峰过于复杂影响特征量提取的问题，以有机基团含量和无机基团含量的比值作为检测提取的特征值，解决了FTIR精确定量检测的问题。同时，此方法检测特征值直接反映的是伞裙材料功能组分（硅橡胶）与添加组分（无机组分）的比例，检测结果不受复合绝缘子生产厂家、配方、生产工艺等的影响，只与伞裙材料的老化程度有关。
附图说明
图1：2010（A）、1995（B）年投运复合绝缘子样品的ATR FT-IR的测试谱图。
图2：不同运行年限的复合绝缘子样品（1-8）ATR FT-IR的测试谱图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例
（1）采样：
选取1995~2010不同投运时间的运行复合绝缘子样品，毛刷清扫外伞裙表面污垢，用脱脂棉蘸取75v%乙醇擦拭表面，静置晾干，然后高压端第一片伞裙中心同心圆位置均匀采样，每个复合绝缘子采集5个2×2cm²测试点，真空干燥后备用。
（2）ATR FTIR红外光谱检测
以1995年和2010年投运的复合绝缘子为例，用ATR FTIR检测样本，其红外光谱图如图1所示。峰值在2960cm^-1位置为有机基团（-CH₃）的特征吸收峰，1010 cm^-1位置是无机基团（-Si-O-）特征吸收峰，根据测试结果计算两个特征峰的峰面积，并计算两特征峰相应的比值，并求5个测试点的平均值，此数值作为该复合绝缘子的-Si-O-/-CH₃（峰面积）比值，数据列于表1。

结果显示，1995年的复合绝缘子样品表面无机组分是有机组分的93.588倍，2010年样品表面无机组分是有机组分的25.063倍；1995年样品无机/有机比值是2010年样品的3.734倍左右。由此测试可以看出，复合绝缘子伞裙表面老化程度不同，其无机/有机基团的比值也会有明显的差异，此差异反映了伞裙材料的老化情况。
依据此法，对不同运行年限的复合绝缘子进行表面ATR FTIR检测，其对应红外谱图如图2所示。
表2列出不同运行年限复合绝缘子无机/有机组分峰面积比值，数据显示，不同运行年限的复合绝缘子其比值不同，比值大小与运行年限没有直接的线型关系，应该与其材料本身表面老化情况有关。

（3）复合绝缘子服役寿命的评价
根据不同复合绝缘子数据分析结果，对复合绝缘子服役寿命进行评价，-Si-O-/-CH₃比值越大，寿命越短，比值越小，寿命越长。由表2可知：1995年投运的复合绝缘子服役寿命最短，2010年投运的复合绝缘子服役寿命最长。