基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法

摘要

本发明涉及基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒‑护套界面性能检测方法，包括以下步骤：1)设定芯棒和护套之间由若干界面连接单元连接；2)将界面连接单元分为A、B两类，A类为不发生断裂的完好界面连接单元，B类为受到水分作用可能发生断裂的界面连接单元，当界面连接单元断裂时，该连接单元即为缺陷单元，与该缺陷单元相邻界面连接单元从A类变为B类；3)建立反应缺陷单元数量与老化时间的关系的模型；4)对脂环族环氧树脂绝缘子进行水煮试验，对模型进行拟合，反应泄漏电流与时间关系，获得缺陷扩展速率；5)基于缺陷扩展速率衡量界面的性能。该发明用缺陷扩展速率作为评价界面性能指标，有效地减少误差，更具可信度。

说明书

技术领域

本发明属于电力设备检测领域，尤其涉及一种基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法。

背景技术

脂环族环氧树脂绝缘子是一种新型的用于户外高压输电线路的外绝缘设备，承担着电气绝缘和机械连接的作用，其护套伞裙和芯棒基体材料均为环氧树脂，但是由于制备工艺的影响，在实际的绝缘子产品中会出现芯棒与护套之间的界面。

复合绝缘子芯棒与环氧之间的界面性能主要指的是界面的气密性、粘接强度、电气绝缘性能和材料老化特性等。运行过程中的绝缘子处于高压和机械载荷的工况下，当芯棒-环氧的界面出现缺陷时，缺陷处的场强会升高，当缺陷发展到一定程度的时候会产生局部放电，同时缺陷处的材料更容易老化。这是由于外部环境的液体透过护套更容易积聚于缺陷的孔隙，在水分、高场强的作用下，芯棒和护套之间的偶联剂逐渐水解失效，界面粘接性逐渐丧失，引起缺陷的进一步扩大，最终缺陷处积聚了较多水分，在交流电压的作用下水分的极化损耗引起了芯棒的发热(异常温升)，内部环氧树脂逐渐分解，芯棒的强度下降，发生酥朽断裂。

基于传统硅橡胶复合绝缘子界面的粘接强度(机械强度)和电气绝缘性能、老化特性，评价芯棒-护套界面特性的主要方法有绝缘子的护套剥离试验、剪切强度测试、水煮泄漏电流测试以及运行复合绝缘子的无损检测手段。其中绝缘子的护套剥离试验和剪切强度测试并不适合脂环族环氧树脂绝缘子，因为脂环族环氧树脂绝缘子的界面强度较大，剥离难度远大于硅橡胶复合绝缘子，同时在试验中很可能护套会优先于界面破裂，引起实测值偏低；而无损检测手段也存在一定的局限性，无法对一些新样品的界面性能作出评测，同时无法识别弱粘接性和存在微小缺陷的样品，很多无损检测手段尚在理论研究阶段，并没有实际应用的条件；水煮泄漏电流测试主要考量的是绝缘子界面的密封性和老化特性，当水煮后绝缘子的泄漏电流越大，说明进入绝缘子的水分越多，其密封性越差，材料越容易老化，一般泄漏电流与芯棒-护套界面的粘接强度有很好的对应关系，因此脂环族环氧树脂绝缘子适合采用水煮泄漏电流测试其界面特性。

水煮泄漏电流测试方法如中国专利CN102507731B公开的一种复合绝缘子界面缺陷检测方法，该方法通过对水煮试验前后复合绝缘子进行直流电压泄漏电流特性试验，并对测量得到的直流电压和相应泄漏电流数据及曲线进行幂函数拟合，根据拟合结果甄别复合绝缘子界面缺陷，可以采用特征系数比值或特征指数变化率进行甄别判断。本发明提出的方法克服了采用耐压试验、陡波冲击试验难以灵敏地反映复合绝缘子界面缺陷的缺点。

然而，上述水煮泄漏电流测试方法比较水煮后绝缘子的泄漏电流大小(水煮时间一般为100h)，只用一个泄漏电流点作为判据，误差较大，可信度小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法，以解决传统水煮试验方法测量绝缘子界面性能时因只用一个泄漏电流点作为判据导致的误差大、可信度小的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：

本发明涉及一种基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法，其包括以下步骤：

1)设定脂环族环氧树脂绝缘子芯棒和护套之间由若干界面连接单元连接；

2)将界面连接单元分为A、B两类，A类为不发生断裂的完好界面连接单元，B类为受到水分作用可能发生断裂的界面连接单元，当界面连接单元断裂时，该连接单元即为缺陷单元，与该缺陷单元相邻的a个界面连接单元从A类变为B类；

3)建立反应缺陷单元数量与老化时间的关系的模型；

4)对脂环族环氧树脂绝缘子进行水煮试验，利用该模型对泄漏电流与时间关系进行拟合，获得缺陷扩展速率；

5)基于缺陷扩展速率衡量界面的性能。

优选地，所述步骤3)中，建立反应缺陷单元数量与水煮时间的关系的模型的具体步骤为：

3.1)建立缺陷单元的拓展倍数模型，该模型反应的是一个缺陷单元引起周围单元断裂的个数，该模型的公式为：

式中，A为拓展倍数，a为与缺陷单元相邻的a个界面连接单元，C

3.2)建立拓展倍数与老化时间的关系模型，即缺陷单元的增长模型：

3.3)通过分离变量后得到：

3.4)积分后确定缺陷单元数量与老化时间的关系的模型：

式中，b，C，B均为常量；

所述步骤4)中，对脂环族环氧树脂绝缘子进行水煮试验，并对模型进行拟合，获得a，b，C，B的值，以此反应泄漏电流与时间关系，将缺陷扩展速率g表示为：

g＝aC

优选地，所述步骤4)中，水煮试验的水煮温度为100℃，泄漏电流测量时电导率为1750μS/m。

优选地，所述步骤4)中，水煮试验的具体步骤为：

4.1)设定相邻两次水煮的间隔时间和泄漏电流测量的次数；

4.2)将脂环族环氧树脂绝缘子放入水中进行水煮；

4.3)当水煮时间到达相邻两次水煮的间隔时间时，取出脂环族环氧树脂绝缘子并擦干水分，静置冷却30min后进行泄漏电流测量，判断泄漏电流测量是否到达设定的泄漏电流测量次数，若未到达，则返回步骤4.2)，若到达，则基于若干组水煮时间和对应的泄漏电流进行拟合。

优选地，所述步骤4)中，泄漏电流测量时施加的电压V为：

式中，l是绝缘子的厚度，L是绝缘子的长度，V

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明涉及的基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法设定脂环族环氧树脂绝缘子芯棒和护套之间由若干界面连接单元连接，将界面连接单元分为完好界面连接单元和可能发生断裂的界面连接单元，建立反应缺陷单元数量与老化时间的关系的模型，通过水煮试验对模型进行拟合，获得缺陷扩展速率，用缺陷扩展速率作为评价界面性能指标，有效地减少误差，更具可信度。

附图说明

图1为本发明涉及的基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法的流程图；

图2为本发明步骤1)中建立的护套和芯棒界面的等效模型；

图3为本发明步骤3.1)中建立的缺陷单元的拓展倍数模型。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

参照附图1所示，本发明涉及一种基于缺陷扩展速率的脂环族环氧树脂绝缘子芯棒-护套界面性能检测方法包括以下步骤：

1)设定脂环族环氧树脂绝缘子芯棒和护套之间由若干界面连接单元连接，如附图2所示。

2)将界面连接单元分为A、B两类，A类为不发生断裂的完好界面连接单元，B类为受到水分作用可能发生断裂的界面连接单元，当界面连接单元断裂时，该连接单元即为缺陷单元，如图2所示，与该缺陷单元相邻的a个界面连接单元从A类变为B类。

3)建立反应缺陷单元数量与老化时间的关系的模型，其具体步骤为：

3.1)建立缺陷单元的拓展倍数模型，如图3所示，该模型反应的是一个缺陷单元引起周围单元断裂的个数，该模型的公式为：

式中，A为拓展倍数，a为与缺陷单元相邻的a个界面连接单元，C

3.2)建立拓展倍数与老化时间的关系模型，即缺陷单元的增长模型：

3.3)通过分离变量后得到：

3.4)积分后确定缺陷单元数量与老化时间的关系的模型：

式中，b，C，B均为常量。

4)对脂环族环氧树脂绝缘子进行水煮试验，利用该模型对泄漏电流与时间关系进行拟合，获得缺陷扩展速率，其具体步骤为：

4.1)设定相邻两次水煮的间隔时间和泄漏电流测量的次数；

4.2)将脂环族环氧树脂绝缘子放入水中进行水煮，水煮温度为100℃；

4.3)当水煮时间到达相邻两次水煮的间隔时间时，取出脂环族环氧树脂绝缘子并擦干水分，静置冷却30min后进行泄漏电流测量，泄漏电流测量时电导率为1750μS/m，泄漏电流测量时施加的电压V为：

式中，l是绝缘子的厚度，L是绝缘子的长度，V

判断泄漏电流测量是否到达设定的泄漏电流测量次数，若未到达，则返回步骤4.2)，若到达，则基于若干组水煮时间和对应的泄漏电流进行拟合，获得a，b，C，B的值，以此反应泄漏电流与时间关系，将缺陷扩展速率g表示为：

g＝aC

5)基于缺陷扩展速率衡量界面的性能，即设定一个缺陷扩展速率阈值，当缺陷扩展速率g大于该阈值时，说明界面性能较差，当缺陷扩展速率g小于该阈值时，说明界面性能较好。

以上结合实施例对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍属于本发明的专利涵盖范围之内。