基于激光诱导击穿光谱的室温硫化硅橡胶材料成分研究

室温硫化硅(RTV)橡胶涂料因具有优异的防污闪性能,在电力系统得到了广泛应用。热重分析、X射线能谱分析、傅里叶变换红外光谱分析等材料表征手段经常用以表征RTV涂料的成分和长期运行后的老化状态,但上述方法难以在现场进行。为了实现在线检测RTV材料成分,利用激光诱导击穿光谱(LIBS)对RTV材料进行了元素分析。结果表明,对于同种RTV材料,在相同的激光频率特性与单脉冲激光能量条件下,其烧蚀深度与激光脉冲轰击次数呈线性关系,可通过RTV涂料被轰击次数测量涂料厚度;在材料同一位置用LIBS持续轰击,可以对运行退役的RTV材料进行原位分析,不同轰击次数时的等离子体光谱中Fe、Mg等元素的谱线强度从表层到内部会减小,这证明了RTV材料从表面到内部的成分变化,因此可利用LIBS技术检测RTV材料的成分变化来表征RTV材料的老化状态。高灵敏度、可在线的LIBS技术将成为RTV材料运行状态评估的重要手段。     

基于激光诱导击穿光谱的装置参数优化与硅橡胶材料的主组分分析

硅橡胶材料被广泛应用于输电线路外绝缘领域,但长期运行后会逐渐发生老化现象,目前缺乏可应用于现场的、有效的老化表征手段。基于激光诱导击穿光谱技术(LIBS)可以快速获取硅橡胶样品的元素组成,并结合热重分析方法有效地测量硅橡胶的主组分,相比于常规的元素测量手段,该方法具有良好的现场应用前景。由于光谱的质量对基于LIBS的硅橡胶老化分析影响较大,需优化LIBS参数获取高质量的光谱以进行材料组分分析。以新制高温硫化硅橡胶(HTV)为样品,对单脉冲激光能量、激光聚焦位置、光谱仪采集光谱的延迟时间对光谱质量的影响进行讨论,获得了新制HTV样品的烧蚀阈值与适用于硅橡胶材料组分分析的优化LIBS参数,最后利用热重分析仪测量了样品的主组分,发现与LIBS的测量结果有很好的对应关系。     

硅橡胶表面硬度的激光诱导击穿光谱分析

硅橡胶材料的老化状态是输电线路运维的重点关注内容,现有研究认为硬度是表征其老化程度的重要指标之一。目前复合绝缘子的伞裙硬度主要是在停电间隙用邵氏硬度计测量,现场应用限制较大。激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)是一种元素测量技术,利用高能脉冲激光烧蚀样品表面产生等离子体,分析等离子体光谱得到样品成分元素信息。已有LIBS研究中某些材料的表面硬度与材料特征元素的离子原子谱线强度比值以及等离子体激发温度之间存在较强的相关性,但在复合材料中这种相关性较弱,通常需要对大量谱线进行筛选以得到满足条件的谱线,且对全谱信息的利用程度不高。研究了不同氢氧化铝、白炭黑填料含量的高温硫化硅橡胶表面硬度与LIBS光谱的关系,发现表面硬度与填料含量之间具有较强的相关性,并通过主成分分析对不同硬度的硅橡胶光谱数据进行降维,结合神经网络可对不同硬度的样品进行区分。结果表明,LIBS技术与机器学习算法相结合可以准确测量硅橡胶硬度,这种方法利用了更多光谱信息,且不需要在众多谱线中寻找特征分析线,因此分析精度与速度得以提升。     

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。     

纳米复合RTV和HTV电晕老化特性对比实验研究

电晕老化可能导致硅橡胶使用寿命和防污闪效果下降,为了研究硅橡胶材料在电晕作用后的老化特性和使用寿命,选取纳米复合室温硫化硅橡胶(RTV)和高温硫化硅橡胶(HTV)两种材料,在实验室模拟交流电晕老化环境,研究了电晕放电对两种硅橡胶综合性能影响,讨论了电晕放电对RTV和HTV的绝缘特性破坏效应。分析了不同硅橡胶在电晕作用下介损、电阻率、耐热性能的变化规律,结合扫描电镜(SEM)和红外光谱技术对RTV和HTV的老化特征进行了比较研究,寻求了新的参数来评估硅橡胶电老化程度,尝试对硅橡胶电老化寿命进行了定量评估。结果表明,典型特征峰红外光谱吸收峰面积结合聚合物电老化寿命公式可以描述硅橡胶电老化程度,纳米复合RTV的电老化寿命约为普通HTV的1.63~1.84倍。     

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。     

用红外光谱研究室温硫化硅橡胶电晕老化及寿命估计

电晕是引起室温硫化硅橡胶(RTV)老化的重要因素之一,因此对RTV进行了电晕老化试验,并利用傅立叶变换红外光谱(FTIR)分析了RTV的电晕老化性能,比较了不同材料RTV的电晕老化性能,试验结果表明,纳米材料可以明显改善RTV的电晕老化性能。还分析了纳米材料提高RTV抗电晕性的机理,利用基于陷阱理论的聚合物电老化寿命公式及电晕老化前后材料的红外光谱变化评估了RTV的寿命,纳米材料能使RTV的电晕老化寿命提高到3～4.9倍。此方法可为定量评估有机绝缘材料寿命提供参考。     

室温硫化硅橡胶绝缘纳米复合材料憎水特性分析

室温硫化硅橡胶(RTV-SR,简称RTV)在电气设备防污闪工作中起重要作用的原因在于其优异的憎水性和憎水迁移性,为研究污秽成分和环境因素对RTV憎水特性影响,分析了静态接触角测量影响因素。用恒定湿热试验箱和紫外老化箱模拟不同外界环境,对污秽成分、环境温度、相对湿度、迁移时间和紫外辐照时间与RTV憎水特性的关系进行了定量对比试验,借助接触角影像测试仪、扫描电镜(SEM)和傅立叶变换红外光谱(FTIR)仪对其影响机理进行了分析。结果表明,温度、盐密和灰密对RTV憎水迁移性有明显的影响,相对湿度和灰成分影响RTV憎水迁移速度及稳定后的静态接触角,长时间紫外预处理能加快RTV憎水迁移速度。研究结果可作为分析硅橡胶材料憎水性、憎水性迁移特性的参考,同时也为外绝缘材料憎水性试验标准的制定提供了试验依据。     

RTV防污闪涂层老化分析方法

介绍了国内外室温硫化硅橡胶(RTV)防污闪涂层的老化分析方法,主要包括憎水性测量、电气性能测试(泄漏电流和污闪电压)以及RTV防污闪涂层的理化特性分析(热失重分析、傅里叶红外光谱分析、TSC分析、SEM分析、小角度X-ray分析以及气相色谱分析等),其中RTV防污闪涂层的理化特性分析具有实验用量少、操作简单、检测结果精确度高及可定量分析RTV涂层的老化程度等优点,成为目前RTV涂层老化程度检测中最为有效、可靠的方法,具有广泛的应用前景。     

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。     

基于电导电流测试的硅橡胶复合绝缘子伞群材料老化特性分析

为利用电导电流测试手段探究复合绝缘子伞群材料的老化特性,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相关试样的电老化阈值,探究了伞群位置、运行年限、环境污秽及运行电压等级等因素对硅橡胶材料电导电流特性的影响规律,并利用傅里叶红外光谱技术分析了相关基团的变化情况。试验表明,绝缘子串上场强分布高的位置、运行年限较长的绝缘子及运行地区环境污秽严重的绝缘子,其伞群材料的电老化阈值较低、电导电流较大且内部陷阱数量较多;运行电压等级对绝缘子老化程度的影响较小。利用电老化阈值评估伞群试样的老化状态与傅里叶红外光谱分析结果具有高度的一致性,表明通过硅橡胶伞群材料的电导电流测试得到的电老化阈值,可以反映复合绝缘子伞群材料的老化特性。     

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。     

硫化硅橡胶涂料在直流输电线路绝缘子上的运行状况研究

硫化硅橡胶(RTV、RTV-II)涂料已广泛应用于中国污秽等级在c级以上区域的输电线路,笔者选取±500 kV输电线路挂网运行3年以上的RTV、RTV-II涂料绝缘子为试品,连续5年对RTV、RTV-II涂层表面的积污状况、憎水性、机电特性和电气性能等进行跟踪研究。结果表明,伴随运行时间的增加,RTV、RTV-II涂层出现了涂层粉化、起包、剥落、憎水性能下降、憎水迁移能力减弱和憎水性恢复时间拉长的老化现象。     

加速热老化对硅橡胶击穿及电荷输运特性的影响

实际服役的220 kV高压电缆附件用硅橡胶材料在180℃下进行加速热老化,对老化后试样的交流击穿特性、表面电位衰减特性以及交联密度进行测试与分析。结果表明:随着热老化时间的增加,硅橡胶材料的击穿强度先增大后减小,在老化14 d时达到最大值。随着老化时间的增加,硅橡胶材料的电荷迁移率先减小后增大,在老化14 d时达到最小值。结合交联密度的测试结果分析认为,在老化初期,硅橡胶分子链段进一步交联,交联密度有所提升,硅橡胶对电荷的束缚能力增强,导致电荷迁移率减小,击穿强度增大。随着老化程度的加深,硅橡胶交联结构逐渐被破坏,交联密度减小,对电荷的束缚能力减弱,导致电荷迁移率增大,击穿强度减小。     

飞灰含碳量在线测量技术发展动态探讨

飞灰含碳量作为燃煤锅炉运行的一项重要经济技术指标,直接反映锅炉的燃烧效率。实时监测飞灰含碳量,有助于实现锅炉燃烧优化,为此,介绍目前已有现场应用的飞灰含碳量在线测量技术,分析应用最广的基于微波法和灼烧法的飞灰含碳量在线测量技术需要进一步克服的问题。同时,介绍激光诱导击穿光谱(laser-induced breakdown spectroscopy,LIBS)技术在飞灰含碳量快速在线测量领域的应用基础研究和工业应用研发的现状和发展动态。在现有研究基础上,重点解决现场应用的可靠性问题,有望将被称之为光谱化学分析技术"未来之星"的LIBS技术发展为新一代极具竞争力的飞灰含碳量在线测量技术。     

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。     

热-力联合老化对硅橡胶交联网络及力学和耐电特性的影响

为了探究热-机械应力共同作用对电缆附件硅橡胶绝缘性能的影响,该文设计并开展了硅橡胶的热-力联合老化试验,对比分析了老化前后硅橡胶的力学性能、电气性能和微观结构。结果表明：随着老化程度的加剧,试样拉伸强度和断裂伸长率下降,硬度增加;老化后试样的击穿强度整体上呈现先增加后降低的趋势,在老化时间一定的情况下,击穿强度随着拉伸应力的增大而减小,相对介电常数逐渐增加。结合交联密度和红外光谱测试结果分析认为,在老化前期,硅橡胶主链间发生氧化交联反应,自由体积和载流子迁移率减小,击穿强度增加;老化后期,交联体系结构和分子链被破坏,自由体积和载流子迁移率增大,击穿强度下降。在机械应力耦合作用下,卷曲的分子链沿着机械应力方向被拉伸,且处于拉伸状态的分子链在高温作用下更容易发生断裂,造成材料绝缘性能的进一步劣化,为电缆附件硅橡胶老化状态评估提供了一定的理论依据。     

1000 kV特高压交流线路用RTV绝缘子表面涂层老化分析

RTV绝缘子凭借其优良的憎水性能和防污闪特性,广泛应用于我国电力系统输电线路中。选取河南地区1000 k V特高压交流线路中运行3 a的RTV绝缘子进行试验,从绝缘子表面检查、憎水性、憎水迁移性、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重分析(TG)等方面分析了运行环境对RTV绝缘子表面涂层老化的影响。结果表明:RTV绝缘子运行3 a后,涂层出现起皮、脱落等现象,表面涂层憎水性保持HC1~HC3水平,在迁移96 h后涂层憎水性保持HC3等级。结合FTIR和TG手段发现,运行应力造成了RTV涂层中硅橡胶长链、基团交联程度和无机填料含量的下降。最后根据试验结果讨论了绝缘子伞型结构、悬挂方式对涂层老化的影响。