专利名称：复合绝缘子芯棒老化的判断方法
技术领域：
本发明涉及高电压复合绝缘子领域，特别涉及一种复合绝缘子芯棒老化的判断方法。
背景技术：
复合绝缘子因其具有体积小、重量轻、耐污性能好、绝缘强度高、维护成本低等特点，近年来已在电力系统广泛应用。复合绝缘子基本结构为玻璃钢芯棒套装有机材料伞套的复合结构，两端为金属金具。其中玻璃钢芯棒作为内绝缘件和机械负荷的载体，其电气与机械性能直接关系到复合绝缘子的运行可靠性。 随着运行时间的增长，因复合绝缘子导致的故障越来越多，甚至发生了绝缘子芯棒的脆性断裂的严重事故。芯棒的脆性断裂可能造成高压输电线路掉线等恶性事故，对电力系统�：κ盅现�。发生此类故障的主要原因是芯棒材料在运行过程中在电气、机械和化学等因素的综合作用之下发生了老化。目前，针对复合绝缘子老化的解决方案，是对高压线路定期进行检修，更换达到一定使用年限的复合绝缘子。目前的解决方案没有考虑复合绝缘子的运行环境等因素，检修期限短，会导致设备的提前报废，造成运行维护成本的升高；检修期限长，有可能导致故障发生。相关技术中还没有针对复合绝缘子芯棒老化问题提出相应的判断方法以确定复合绝缘子的运行期限。现有技术中存在复合绝缘子芯棒老化程度无法判断的问题，对此，现有技术中还没有提出有效的解决方案。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种复合绝缘子芯棒老化的判断方法，以解决现有技术中的复合绝缘子芯棒老化程度无法判断的问题。为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种复合绝缘子芯棒老化的判断方法，该判断方法包括对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片；对试片进行热刺激电流TSC试验；通过试验得到的TSC曲线计算试片的陷阱电荷量和陷阱能级；根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度。进一步地，对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片包括对复合绝缘子芯棒不同位置分别进行取样得到多个试片；根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒样品的老化程度包括根据多个试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度。进一步地，对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片之前还包括对已知老化程度的芯棒进行TSC试验，通过试验得到的TSC曲线计算标准陷阱电荷量和标准陷阱能级，根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度包括将试片的陷阱电荷量和陷阱能级与标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较；根据比较结果得出试片的老化程度；利用试片的老化程度确定芯棒的老化程度。
进一步地，对已知老化程度的芯棒进行TSC试验，通过试验得到的TSC曲线计算标准陷阱电荷量和标准陷阱能级包括对多种型号已知老化程度的复合绝缘子芯棒分别进行TSC试验；通过试验得到的TSC曲线分别计算各型号复合绝缘子芯棒的标准陷阱电荷量的数据和标准陷阱能级的数据；按照复合绝缘子的型号分别保存该型号的芯棒对应的标准陷阱电荷量和标准陷阱能级，将试片的陷阱电荷量和陷阱能级与标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较包括根据取样的复合绝缘子的型号从保存的标准陷阱电荷量的数据和标准陷阱能级的数据中确定该复合绝缘子型号芯棒对应的标准陷阱电荷量和标准陷阱能级；将试片的陷阱电荷量和陷阱能级与该复合绝缘子 型号芯棒对应的标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较。进一步地，已知老化程度的复合绝缘子芯棒为没有老化的复合绝缘子芯棒。或者已知老化程度的复合绝缘子芯棒为已经完全老化的复合绝缘子芯棒。进一步地，根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度之后还包括记录试片在芯棒上的取样位置、试片的陷阱电荷量和陷阱能级、以及试片取样的复合绝缘子的运行环境、运行年限。进一步地，进行TSC试验的极化温度范围取50°C至65°C ;极化电场强度范围取4kV/mm至6kV/mm ;极化时间取30min至50min ;冷却温度范围取_70°C至_80°C ;升温速率范围取 2V /min 至 3°C /min。根据本发明的技术方案，复合绝缘子芯棒老化的判断方法包括对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片；对试片进行热刺激电流TSC试验；通过试验得到的TSC曲线计算试片的陷阱电荷量和陷阱能级；根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度。从微观电特性角度来进行复合绝缘子老化状态的评估，使用陷阱电荷量和陷阱能级为特征量对老化程度进行量化，为复合绝缘子的可靠运行提供了数据基�。徊街贫ǜ春暇底拥奈し桨柑峁┝艘谰�。
说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中图I是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法的示意图；图2是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法中TSC试验系统的示意图；图3是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法中TSC曲线的示意图；图4是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法中没有老化的芯棒试片与完全老化芯棒试片的TSC曲线。
具体实施例方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。热刺激电流(Thermally Stimulated Current, TSC)法是基于在介质物理学的基础上发展起来的热刺激理论而形成的，该方法能较准确测量出如电介质、绝缘材料、半导体、驻极体等材料的微观电参数。图I是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法的示意图，如图I所示，该方法主要包括如下步骤步骤Sll :对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片；步骤S13 :对试片进行热刺激电流TSC试验；步骤S15 :通过试验得到的TSC曲线计算试片的陷阱电荷量和陷阱能级；步骤S17 :根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度。采用本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法，可以通过从复合绝缘子芯棒的微观电特性角度来进行复合绝缘子芯棒老化状态的评估，以使用陷阱电荷量和陷阱能级为特征量对老化状态进行量化，从而准确的判断出复合绝缘子芯棒的老化程度。步骤Sll通过切割得到一定厚度的试片完成取样，对试片的形状进行修正后，即得到可用于TSC测试的试片试样。图2是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法中TSC试验系统的示意图，如图2所示，步骤S13中对复合绝缘子芯棒的试片进行热刺激电流TSC试验的步骤是将试片33放入真空腔31内的不锈钢上电极32和黄铜下电极34之间，该黄铜下电极34中安装有控温装置35。开始试验时在极化温度Tp下闭合开关S2，给试片33施加直流极化电场Ep，使试片33极化；达到极化时间t之后在保持极化电场Ep的情况下，将试片33迅速冷却至低温Ttl,以冻结电荷；随后断开S2,闭合S1，短路试片33并保持一段时间，以消除杂散电荷的影响；然后断开S1，最后闭合S3,以一定的升温速率升温，同时测量电路中通过的电流。数字电流计36测量的电流值和数字温度计37测量的温度值通过接口卡38送入计算机39，计算机39自动生成极化电流对温度的TSC曲线。线性升温使得试片33内部被冻结的电荷将依次发生去极化，从而可测得去极化电流对温度的谱线图，图3是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法中TSC曲线的示意图。在图中，纵坐标I为数字电流计36测量的电流值也就是极化电流的大�。嶙闠代表数字温度计37测量的温度值，I (T)是TSC曲线，Ipeak为TSC曲线的峰值电流。步骤S15中计算陷阱电荷量和陷阱能级的计算流程为依据公式⑴计算陷阱电荷量Q ;Q = -^V KrW...... u),
P J/n在式(I)中，β为升温速率，单位为K/min Jtl及T1分别表示TSC电流曲线的测量起始温度及终止温度的绝对温度(T)即为TSC随温度变化的电流值。由于温度和时间近似成正比，因此电流对温度的积分乘以一个比例系数(升温速率的倒数)，即可得陷阱释放出的电荷量。采用半宽法计算陷阱能级E，具体计算公式为式(2):
9 AT/'-'/fIi= 111 ……<2
AT在式⑵中，Tm为电流出现峰值时对应的绝对温度；Λ T为半峰值对应的温度差；k为波尔兹曼常数(1.38X10_23J/K)。陷阱能级的最后结果一般由能量单位电子伏来表示，、因此由上式计算得出的数值再除以一个电子伏(IeV= I. 67X 10_19J)，即得陷阱能级。步骤S17中判断芯棒的老化程度的具体步骤可以为将试片的陷阱电荷量和陷阱能级与预先确定的标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较；根据比较结果得出试片的老化程度；利用试片的老化程度确定芯棒的老化程度。其中预先确定标准陷阱电荷量和标准陷阱能级的步骤可以在步骤Sll之前，具体为对已知老化程度的芯棒进行TSC试验，通过试验得到的TSC曲线计算标准陷阱电荷量和标准陷阱能级，根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度包括将试片的陷阱电荷量和陷阱能级与标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较；根据比较结果得出试片的老化程度；利用试片的老化程度确定芯棒的老化程度。其中已知老化程度的复合绝缘子芯棒可以是没有老化的复合绝缘子芯棒或者已经完全老化的复合绝缘子芯棒。没有老化的复合绝缘子芯棒是指完全没有运行过性能良好的样品，此时的复合绝缘子芯棒性能最佳。而已经完全老化的芯棒是指复合绝缘子芯棒已经完全老化达不到使用性能要求的芯棒。图4是根据本发明实施例的复合绝缘子芯棒老化的判断方法中没有老化的芯棒试片与完全老化芯棒试片的TSC曲线，从图中可以看出没有老化的芯棒试片的曲线TSCl的数值明显小于完全老化的芯棒试片的曲线TSC2的数值。表I是根据图4中的TSC曲线计算得出的陷阱电荷量和陷阱能级的数据，从表中的数据可以看出性能良好的芯棒的陷阱电荷量明显小于已经老化的芯棒的数据，陷阱能级也小于老化的芯棒的数据，因此TSC测试能反映出芯棒材料的微观电特性变化和老化情况。表I不同的芯棒试样TSC陷阱参数
权利要求
1.一种复合绝缘子芯棒老化的判断方法，其特征在于，包括 对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片； 对所述试片进行热刺激电流TSC试验； 通过试验得到的TSC曲线计算所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级； 根据所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断所述芯棒的老化程度。
2.根据权利要求I所述的判断方法，其特征在于， 对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片包括对所述复合绝缘子芯棒不同位置分别进行取样得到多个试片； 根据所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断所述芯棒样品的老化程度包括根据所述多个试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断所述芯棒的老化程度。
3.根据权利要求I所述的判断方法，其特征在于， 对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片之前还包括 对已知老化程度的芯棒进行TSC试验，通过试验得到的TSC曲线计算标准陷阱电荷量和标准陷阱能级， 根据所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断所述芯棒的老化程度包括 将所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级与所述标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较； 根据比较结果得出所述试片的老化程度； 利用所述试片的老化程度确定所述芯棒的老化程度。
4.根据权利要求3所述的判断方法，其特征在于， 对已知老化程度的芯棒进行TSC试验，通过试验得到的TSC曲线计算标准陷阱电荷量和标准陷阱能级包括 对多种型号已知老化程度的复合绝缘子芯棒分别进行TSC试验； 通过试验得到的TSC曲线分别计算各型号复合绝缘子芯棒的标准陷阱电荷量的数据和标准陷阱能级的数据； 按照所述复合绝缘子的型号分别保存该型号的芯棒对应的标准陷阱电荷量和标准陷讲能级， 将所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级与所述标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较包括 根据取样的复合绝缘子的型号从保存的标准陷阱电荷量的数据和标准陷阱能级的数据中确定该复合绝缘子型号芯棒对应的标准陷阱电荷量和标准陷阱能级； 将所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级与该复合绝缘子型号芯棒对应的标准陷阱电荷量和标准陷阱能级进行比较。
5.根据权利要求3或4所述的判断方法，其特征在于，所述已知老化程度的复合绝缘子芯棒为没有老化的复合绝缘子芯棒。
6.根据权利要求3或4所述的判断方法，其特征在于，所述已知老化程度的复合绝缘子芯棒为已经完全老化的复合绝缘子芯棒。
7.根据权利要求I至4中任一项所述的判断方法，其特征在于，根据所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断所述芯棒的老化程度之后还包括记录所述试片在芯棒上的取样位置、所述试片的陷阱电荷量和陷阱能级、以及所述试片取样的复合绝缘子的运行环境、运行年限。
8.根据权利要求I至4中任一项所述的判断方法，其特征在于，进行所述TSC试验的极化温度范围取50°C至65°C ;极化电场强度范围取4kV/mm至6kV/mm ;极化时间取30min至50min ;冷却温度范围取_70°C至_80°C ;升温速率范围取2V /min至3°C /min。
全文摘要
本发明提供了一种复合绝缘子芯棒老化的判断方法。该判断方法包括对被测的复合绝缘子芯棒进行取样得到试片；对试片进行热刺激电流TSC试验；通过试验得到的TSC曲线计算试片的陷阱电荷量和陷阱能级；根据试片的陷阱电荷量和陷阱能级判断芯棒的老化程度。采用本发明的技术方案，从微观电特性角度来进行复合绝缘子老化状态的评估，使用陷阱电荷量和陷阱能级为特征量对老化程度进行量化，为复合绝缘子的可靠运行提供了数据基�。徊街贫ǜ春暇底拥奈し桨柑峁┝艘谰荩饩隽讼钟屑际踔械母春暇底有景衾匣潭任薹ㄅ卸系奈侍狻�
文档编号G01R31/12GK102662131SQ20121016736
公开日2012年9月12日 申请日期2012年5月25日 优先权日2012年5月25日
发明者丁立健, 屠幼萍, 张福增, 张辉, 李锐海, 王景春, 王璁, 许卓 申请人:华北电力大学, 南方电网科学研究院有限责任公司
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