高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法。该方法包括：获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽；对待测试自然污秽进行等值盐密测试和灰密测试；对待测试自然污秽进行下述至少一种测试：污秽成分测试、污秽粒度测试、污秽形貌测试、污秽热重测试和污秽红外光谱测试。本方案通过对自然污秽进行等值盐密测试和灰密测试，能够确定污秽度■’通过进行污秽成分测试、污秽粒度测试、污秽形貌测试、污秽热重测试和污秽红外光谱测试中至少一种测试，能够得到自然污秽所包含的离子和浓度、所包含颗粒的粒度、自然污秽的形貌特征、热稳定性、以及化学键信息或官能团信息中的至少一种，能够全面测试所述设备表面的自然污秽特性。
【专利说明】高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法
【技术领域】
[0001] 本发明实施例涉及电力【技术领域】，尤其涉及一种高压外绝缘设备的自然污秽特性 的测试方法。
【背景技术】
[0002] 电力系统中，高压外绝缘设备由于其分布广泛，常面临各种复杂的地理环境和气 候环境的影响。如，在雾、露、毛毛雨、融冰、融雪等气象条件的作用下，高压外绝缘设备表面 上沉积污秽，降低了高压外绝缘设备的电气强度。随着高压外绝缘设备表面上污秽的沉积、 输电电压的提高、以及环境污染的加剧，导致高压外绝缘设备在运行电压下发生污秽闪络 事故即污闪问题，导致高压外绝缘设备无法安全可靠的运行，污闪问题引起了电力部门的 高度重视。
[0003] 通过对高压外绝缘设备表面的污秽特性进行分析，并在达到污闪前进行报警，可 以达提前采取措施避免污闪问题产生的目的，因此对高压外绝缘设备表面的污秽特性进行 分析，对于电力系统的安全稳定运行具有重要意义。
[0004] 其中，对高压外绝缘设备表面的污秽特性的分析，主要是通过自然积污站来模拟 高压外绝缘设备在实际运行环境中的沉积的污秽的特性。
[0005] 现有的高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试技术，主要是测试自然污秽的等值 盐密和灰密，以此来表征高压外绝缘设备的污秽度。其中，高压外绝缘设备表面的自然污秽 层主要包含可溶成分和不可溶成分，可溶成分的含量用等值盐密表示，不可溶成分的含量 则用灰密表示。等值盐密是等值附盐密度的简称，是外绝缘设备的单位表面积上的等值盐 量。灰密是非可溶沉积物密度的简称，是指附着在高压外绝缘设备的单位表面积上的不能 溶解于水的物质的含量。
[0006] 现有的高压外绝缘设备的自然污秽的等值盐密的测试技术，一般是通过清洗高压 外绝缘设备的自然污秽，通过污液测试等值盐密。
[0007] 现有的高压外绝缘设备的自然污秽的灰密的测试技术，一般是通过对污液进行过 滤和称重，得到灰密。
[0008] 然而现有技术中并没有提供对高压外绝缘设备的自然污秽特性进行全面测试的 技术。
【发明内容】
[0009] 本发明实施例提供一种高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法，以全面测试 高压外绝缘设备的自然污秽特性。
[0010] 本发明实施例提供了一种高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法，包括： [0011] 获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽；
[0012] 对所述待测试自然污秽进行等值盐密测试和灰密测试；
[0013] 在获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽之后，还包括：
[0014] 对所述待测试自然污秽进行下述至少一种测试：污秽成分测试、污秽粒度测试、污 秽形貌测试、污秽热重测试和污秽红外光谱测试。
[0015] 本发明实施例提供的高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法，在获取高压外 绝缘设备表面的待测试自然污秽后，通过对所述待测试自然污秽进行等值盐密测试和灰密 测试，能够得到所述待测试自然污秽的等值盐密和灰密，从而能够确定高压外绝缘设备表 面的污秽度；通过对所述待测试自然污秽进行污秽成分测试、污秽粒度测试、污秽形貌测 试、污秽热重测试和污秽红外光谱测试中的至少一种测试，能够得到所述待测试自然污秽 所包含的离子成分和浓度、待测试自然污秽中待测颗粒的粒度、待测试自然污秽的形貌特 征、热稳定性、以及化学键信息或官能团信息中的至少一种，能够全面测试高压外绝缘设备 表面的自然污秽特性。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 为了更清楚地说明本发明，下面将对本发明中所需要使用的附图做一简单地介 绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017] 图1为本发明实施例提供的一种高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法的 流程图。
【具体实施方式】
[0018] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例 中的技术方案作进一步详细描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全 部的实施例。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而非对本发明的 限定，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得 的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图 中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。
[0019] 请参阅图1，为本发明实施例提供的一种高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试 方法的流程图。本发明实施例的方法适用于电力系统，能够对电力系统中广泛分布的高压 外绝缘设备表面的自然污秽特性进行全面测试，典型的高压外绝缘设备包括针式绝缘子、 盘形悬式绝缘子、支柱绝缘子、套管和绝缘套。
[0020] 该方法包括：
[0021] 步骤110、获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽；
[0022] 本步骤可以有多种实施方式，例如包括下述实施方式中的至少一种：
[0023] 方式一、采用蒸馏水清洗高压外绝缘设备表面的自然污秽，得到包含所述自然污 秽的待测试污液。
[0024] 具体地，可以首先确定高压外绝缘设备的上表面和下表面各自的表面积；然后，根 据所述上表面的表面积和下表面的表面积，确定蒸馏水用量，例如，根据每平方厘米的表面 积用水0. 2ml，确定蒸馏水用量；然后再采用蒸馏水清洗高压外绝缘设备表面的自然污秽。
[0025] 方式二、刮取高压外绝缘设备表面的污秽粉末，作为待测试自然污秽。
[0026] 步骤120、对所述待测试自然污秽进行等值盐密测试和灰密测试；
[0027] 在本步骤中，通过对所述待测试自然污秽进行等值盐密测试，能够确定所述待测 试自然污秽的等值盐密，也即自然污秽中的可溶成分的含量；通过对所述待测试自然污秽 进行灰密测试，能够确定所述自然污秽的灰密，也即自然污秽中的不可溶成分的含量；通过 所述待测试自然污秽的等值盐密和灰密，进而确定高压外绝缘设备表面的污秽度。
[0028] 步骤130、对所述待测试自然污秽进行污秽成分测试；
[0029] 本步骤具体是测试所述待测试自然污秽所包含的离子和相应的离子浓度。
[0030] 本步骤可以有多种实施方式，下面分别进行说明。
[0031] 作为本步骤的一种优选的实施方式，可以利用原子吸收分光光度法对待测试自然 污秽进行污秽成分测试，具体可以包括：
[0032] 控制特征谱线发射源发射特征谱线；
[0033] 控制原子化器将待测试自然污秽原子化为原子蒸汽；
[0034] 参考芯片探测由所述特征谱线发射源发射的、不被所述原子蒸汽吸收，并经过参 考滤光片透射后的谱线；
[0035] 探测芯片探测由所述特征谱线源发出的、经所述原子蒸汽吸收，并经过对应的探 测滤光片透射后的谱线；
[0036] 数据处理模块分别处理探测器芯片的输出信号，以识别待测试自然污秽的离子成 分和判定待测试自然污秽所包含的离子成分的浓度。
[0037] 需要说明的是，探测滤光片的透射波长决定探测芯片所能测试的具体的离子成 分，所述探测滤光片和对应的探测芯片的单元数量决定所能测试的待测试自然污秽所包含 离子的最多种类。
[0038] 当探测滤光片的透射波长为Na+的吸收波长时，所述探测滤光片单元和探测芯片 配合数据处理模块、所述参考滤光片和所述参考芯片，可以测试所述待测试自然污秽中是 否含有Na+以及对应的浓度。
[0039] 类似地，所述探测滤光片的透射波长还可以为K+的吸收波长、NH4+的吸收波长、 Mg2+的吸收波长，以及Ca2+的吸收波长，所述探测滤光片单元和探测芯片配合数据处理模 块、所述参考滤光片和所述参考芯片，可以测试所述待测试自然污秽中是否含有K+以及对 应的浓度、是否含有NH 4+以及对应的浓度、是否含有Mg2+以及对应的浓度，以及是否含有 Ca2+以及对应的浓度。
[0040] 类似地，所述探测滤光片的透射波长还可以为cr的吸收波长、NCV的吸收波长、 NO,的吸收波长、Γ的吸收波长，以及S0,的吸收波长，从而测试所述待测试自然污秽中是 否含有前述阴离子以及相应的浓度。
[0041] 作为本步骤的另一种优选的实施方式，可以利用电感耦合等离子体发射光谱法对 待测试自然污秽进行污秽成分测试，具体可以包括：
[0042] 控制射频发射器将高频能量加载至感应耦合线圈上，以使置于所述感应耦合线圈 中心的等离子炬管中产生高频电磁场；
[0043] 控制通入所述等离子炬管中的氩气电离，以在高频电磁场的作用下，形成与所述 感应耦合线圈同心的涡流区，并形成等离子体；
[0044] 控制雾化系统将待测试自然污秽雾化；
[0045] 控制雾化后的待测试自然污秽进入等离子体的轴向通道，以发射特征谱线；
[0046] 根据特征谱线以及特征谱线的强度，识别待测试自然污秽的离子成分和判定待测 试自然污秽所包含的离子成分的浓度。
[0047] 本实施方式可以根据特征谱线的存在与否，测试所述待测试自然污秽中是否含有 某种离子，根据特征谱线强度的衰减确定相应离子的浓度。
[0048] 作为本步骤的再一种优选的实施方式，可以利用离子交换色谱法对待测试自然污 秽进行污秽成分测试，具体可以包括：
[0049] 利用离子交换层析技术将待测试自然污秽所包含的离子进行分离；
[0050] 利用离子交换色谱法，识别待测试自然污秽的离子成分和判定待测试自然污秽所 包含的离子成分的浓度。
[0051] 需要说明的是，本实施方式要求待测试自然污秽呈液态，例如，采用步骤110中的 待测试污液。离子交换层析是以离子交换剂为固定相，以含有特定离子的溶液为流动相，利 用离子交换剂上的可交换离子与所述待测试污液中离子发生交换，进而利用离子交换色谱 法测试所述待测试自然污秽所包含的离子及相应的浓度。
[0052] 需要说明的是，通过原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法以及离 子交换色谱法，得到待测试自然污秽所包含的离子及相应的浓度，能够确定不同地区的高 压外绝缘设备表面的自然污秽的成分，能够确定交流高压外绝缘设备表面的自然污秽的成 分，以及直流高压外绝缘设备表面的自然污秽的成分，也即通过污秽成分测试，可以对不同 地区的自然污秽的成分进行分析，还可以分析交流设备和直流设备积污特性的差异。
[0053] 较佳地，在识别待测试自然污秽的离子成分和判定待测试自然污秽所包含的离子 成分的浓度之后，还可以包括：
[0054] 对待测试自然污秽的离子成分进行配对，以确定待测试自然污秽中的电解质的种 类和浓度。
[0055] 换言之，在获取到所述待测试自然污秽所包含的离子成分及相应的浓度之后，可 以对离子进行配对，从而确定所述待测试自然污秽中电解质的种类和比例，进而可以研究 所述电解质对污闪电压的影响，以达到防止污闪的目的。
[0056] 其中，所述电解质可以包括一价碱金属盐和二价碱金属盐，具体可以分析所述待 测试自然污秽中的二价碱金属盐的比例对污闪电压的影响。
[0057] 步骤140、对所述待测试自然污秽进行污秽粒度测试；
[0058] 本步骤具体是确定待测试自然污秽中待测颗粒的粒度，也即待测颗粒的大小。
[0059] 本步骤可以有多种实施方式，下面分别进行说明。
[0060] 在本步骤中，可以利用沉降法对待测试自然污秽进行污秽粒度测试。
[0061] 在本步骤中，优选利用激光粒度分析法对待测试自然污秽进行污秽粒度测试，具 体可以包括：
[0062] 控制激光光源发射激光；
[0063] 探测由激光光源发出的、并经过待测试自然污秽中的待测颗粒衍射和散射后的激 光；
[0064] 根据经过待测试自然污秽中的待测颗粒衍射和散射后的激光的空间分布，确定待 测试自然污秽中待测颗粒的粒度。
[0065] 本实施方式，由于经过待测试自然污秽中的待测颗粒衍射和散射后的激光的空间 分布只与待测颗粒的粒度有关，因此，基于经过待测试自然污秽中的待测颗粒衍射和散射 后的激光的空间分布，能够确定所述待测颗粒的粒度。
[0066] 需要说明的是，通过确定所述待测试自然污秽中待测颗粒的粒度，可以分析不同 的地理区域和不同电压类型高压外绝缘设备自然污秽的污秽粒度，污秽粒度的测试结果可 用于绝缘子积污特性的研究。
[0067] 步骤150、对所述待测试自然污秽进行污秽形貌测试；
[0068] 本步骤中，可以利用扫描电子显微镜进行扫描，然后分析所述待测试自然污秽的 形貌特征。具体可以包括：
[0069] 控制扫描电子显微镜扫描所述待测试自然污秽；
[0070] 根据扫描结果，得到所述待测试自然污秽的下述至少一项形貌特征：几何形貌、粉 体的分散形态和粉体分布的规则度。
[0071] 需要说明的是，本步骤要求待测试自然污秽呈固态，例如，刮取高压外绝缘设备表 面的污秽粉末，将污秽粉末烘干除去水分，作为待测试自然污秽。将导电胶或双面胶纸粘结 在样品座上，均匀地把污秽粉末撒在上面，用洗耳球吹去未粘住的粉末后，再镀上一层导电 膜，即可放在扫描电镜中观察。扫描结果包含有待测试自然污秽的微观形貌，因此通过扫描 结果可以得到所述待测试自然污秽的形貌特征。
[0072] 其中，通过粉体的分散形态可以确定待测试自然污秽的松散度或紧密度，还可以 确定待测试自然污秽内部的空隙数量、孔隙大小和孔隙排布等。
[0073] 需要说明的是，污秽形貌关系到污秽的吸水性能，污秽吸水性能会影响绝缘子的 污闪电压。不同形貌的污秽即使有相同的等值盐密、灰密，其所表现出来的外绝缘状态是完 全不一样的，对于复合绝缘子这一点尤为突出。因此测试污秽形貌可以更为全面地分析高 压设备外绝缘状态，预防污闪事故的发生。
[0074] 步骤160、对所述待测试自然污秽进行污秽热重测试；
[0075] 本步骤具体是测试所述待测试自然污秽的热稳定性。具体地，可以按设定时间间 隔测量待测试自然污秽的质量和对应的温度；
[0076] 根据所述待测试自然污秽的质量和对应的温度，确定所述待测试自然污秽的热稳 定性。
[0077] 其中，可以通过热天平得到待测试自然污秽的质量和对应的温度。
[0078] 对于复合绝缘子，热重分析可获取硅橡胶小分子在污秽中的迁移量，可用于复合 绝缘子憎水迁移性研究。
[0079] 步骤170、对所述待测试自然污秽进行污秽红外光谱测试。
[0080] 本步骤具体是确定待测试自然污秽中的化学键信息或官能团信息。
[0081] 作为本步骤的一种优选的实施方式，可以包括：
[0082] 控制红外光源发射红外光；
[0083] 获取红外光通过所述待测试自然污秽，并与所述待测试自然污秽产生振动吸收的 振动吸收光谱；
[0084] 根据所述振动吸收光谱中的振动吸收位置，确定所述待测试自然污秽中的化学键 信息或官能团信息。
[0085] 较佳地，在确定所述待测试自然污秽中的化学键信息或官能团信息之后，还可以 包括：根据所述化学键信息或官能团信息，确定所述待测试自然污秽中的聚合物种类，以确 定高压外绝缘设备表面材料发生分子迁移或老化的情况。
[0086] 本实施例的技术方案，在获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽后，通过对 所述待测试自然污秽进行等值盐密测试和灰密测试，能够得到所述待测试自然污秽的等值 盐密和灰密，从而能够确定高压外绝缘设备表面的污秽度；通过对所述待测试自然污秽进 行污秽成分测试、污秽粒度测试、污秽形貌测试、污秽热重测试和污秽红外光谱测试中的至 少一种测试，能够得到所述待测试自然污秽所包含的离子成分和浓度、待测试自然污秽中 待测颗粒的粒度、待测试自然污秽的形貌特征、热稳定性、以及化学键信息或官能团信息中 的至少一种，能够全面测试高压外绝缘设备表面的自然污秽特性。
[0087] 需要说明的是，在本实施例中，步骤120-步骤170是相互独立的，本实施例对步骤 120-步骤170的执行顺序不进行限制。
[0088] 还需要说明的是，步骤130-步骤170可以单独执行，也可以组合采用。本实施例 对此不进行限制。
[0089] 单独执行与组合采用的区别在于，单独执行只能得到待测试自然污秽某一方面的 特性，而组合采用可以得到丰富的特性信息。
[0090] 最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限 制；实施例中优选的实施方式，并非对其进行限制，对于本领域技术人员而言，本发明可以 有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均 应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种高压外绝缘设备的自然污秽特性的测试方法，包括： 获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽； 对所述待测试自然污秽进行等值盐密测试和灰密测试； 其特征在于，在获取高压外绝缘设备表面的待测试自然污秽之后，还包括： 对所述待测试自然污秽进行下述至少一种测试：污秽成分测试、污秽粒度测试、污秽形 貌测试、污秽热重测试和污秽红外光谱测试。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽成分测 试，包括： 控制特征谱线发射源发射特征谱线； 控制原子化器将待测试自然污秽原子化为原子蒸汽； 参考芯片探测由所述特征谱线发射源发射的、不被所述原子蒸汽吸收，并经过参考滤 光片透射后的谱线； 探测芯片探测由所述特征谱线源发出的、经所述原子蒸汽吸收，并经过对应的探测滤 光片透射后的谱线； 数据处理模块分别处理探测器芯片的输出信号，以识别待测试自然污秽的离子成分和 判定待测试自然污秽所包含的离子成分的浓度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽成分测 试，包括： 控制射频发射器将高频能量加载至感应耦合线圈上，以使置于所述感应耦合线圈中心 的等离子炬管中产生高频电磁场； 控制通入所述等离子炬管中的氩气电离，以在高频电磁场的作用下，形成与所述感应 耦合线圈同心的涡流区，并形成等离子体； 控制雾化系统将待测试自然污秽雾化； 控制雾化后的待测试自然污秽进入等离子体的轴向通道，以发射特征谱线； 根据特征谱线以及特征谱线的强度，识别待测试自然污秽的离子成分和判定待测试自 然污秽所包含的离子成分的浓度。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽成分测 试，包括： 利用离子交换层析技术将待测试自然污秽所包含的离子进行分离； 利用离子交换色谱法，识别待测试自然污秽的离子成分和判定待测试自然污秽所包含 的离子成分的浓度。
5. 根据权利要求2-4任一所述的方法，其特征在于，在识别待测试自然污秽的离子成 分和判定待测试自然污秽所包含的离子成分的浓度之后，还包括： 对待测试自然污秽的离子成分进行配对，以确定待测试自然污秽中的电解质的种类和 浓度。
6. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽粒度测 试，包括： 控制激光光源发射激光； 探测由激光光源发出的、并经过待测试自然污秽中的待测颗粒衍射和散射后的激光； 根据经过待测试自然污秽中的待测颗粒衍射和散射后的激光的空间分布，确定待测试 自然污秽中待测颗粒的粒度。
7. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽形貌测 试，包括： 控制扫描电子显微镜扫描所述待测试自然污秽； 根据扫描结果，得到所述待测试自然污秽的下述至少一项形貌特征：几何形貌、粉体的 分散形态和粉体分布的规则度。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽热重测 试，包括： 按设定时间间隔测量待测试自然污秽的质量和对应的温度； 根据所述待测试自然污秽的质量和对应的温度，确定所述待测试自然污秽的热稳定 性。
9. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述待测试自然污秽进行污秽红外光 谱测试，包括： 控制红外光源发射红外光； 获取红外光通过所述待测试自然污秽，并与所述待测试自然污秽产生振动吸收的振动 吸收光谱； 根据所述振动吸收光谱中的振动吸收位置，确定所述待测试自然污秽中的化学键信息 或官能团信息。
【文档编号】G01N9/00GK104215551SQ201410495422
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】孟晓波, 王黎明, 张贵峰, 王耿耿, 梅红伟, 董弘川 申请人:南方电网科学研究院有限责任公司, 清华大学深圳研究生院