一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法与流程

本发明属于高电压与绝缘，尤其是一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法。

背景技术：

1、电缆在长期运行过程中原材料会受到电压、应力、温度、湿度、辐射等多因素影响从而导致老化，形成各种缺陷，影响高压电缆的安全运行和使用寿命。常见的缺陷包括水树缺陷、电树缺陷、空气缺陷、金属缺陷、碳化缺陷、热老化缺陷等，因此定期对电缆进行内部缺陷检测十分必要。

2、目前对于电缆缺陷检测的方法较多，且对于不同的缺陷采用的检测方法不尽相同。例如，对于水树缺陷常用的检测方法包括超低频介损法、空间电荷法、残余电荷法、介电响应法等；对于电树缺陷常用的方法包括显微镜直接观测法、局部放电测量法、理化特性分析法等；对于空气、金属、碳化缺陷常用的方法包括绝缘电阻测试、介质损耗角正切测试以及交直流耐压实验等；对于热老化缺陷常用的方法包括红外光谱法、介电损耗频谱法等。

3、综上，可以看出绝缘材料中的缺陷绝大部分可以由绝缘材料的介电性能反映出来，另外结合检测环境的复杂多变性以及现阶段各个方法存在过程繁复的特点，设计一种简单易操作并且可以实现对绝缘材料缺陷进行综合检测的方法具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，能够有效解决实际检测中绝缘材料及缺陷在形状和特性上均存在复杂多样性导致检测结果不准确的技术问题。

2、本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，包括以下步骤：

4、步骤1、构建六边形互补开环微带谐振器的仿真模型，并采用光刻蚀法制作六边形互补开环微带谐振器；

5、步骤2、构建聚乙烯绝缘材料模型，按照步骤1中的六边形互补开环微带谐振器所用参数，模拟六边形互补开环微带谐振器加载聚乙烯绝缘材料模型的谐振频率，在聚乙烯绝缘材料模型内部模拟置入水树缺陷、空气缺陷、金属缺陷和碳化缺陷，模拟六边形互补开环微带谐振器在加载不同缺陷聚乙烯时的谐振频率；

6、步骤3、将步骤2中两次仿真的结果进行纵向对比验证使用六边形互补开环微带谐振器进行缺陷检测的可行性，将第二次仿真结果进行横向对比验证使用六边形互补开环微带谐振器进行缺陷识别的可行性。

7、而且，所述步骤1中采用光刻蚀法制作六边形互补开环微带谐振器包括以下步骤：

8、步骤1.1、使用绘图软件绘制出六边形互补开环谐振器的上表面和下表面的黑白图案，将铜层部分填充为黑色，刻蚀部分填充为白色，将制作好的上表面和下表面图案分别打印到两张硫酸纸上，根据六边形互补开环微带谐振器轮廓对齐并将涂有光敏材料的双面fr4覆铜板置入其中，使用胶带封口备用；

9、步骤1.2、将制备好的双面fr4覆铜板置入紫外灯真空曝光箱中曝光2分钟，正性感光材料受到紫外线作用发生变形，将六边形互补开环微带谐振器的图案转移到双面fr4覆铜板上；

10、步骤1.3将曝光完毕的双面fr4覆铜板取出，置于50℃的氢氧化钾溶剂中5分钟以溶解发生变性的光敏材料，露出预设铜层，进行刻蚀图案的显影；

11、步骤1.4、使用蒸馏水冲洗显影剂，将显影完毕的六边形互补开环谐振器置入刻蚀液中进行刻蚀操作，裸露的铜层将被刻蚀液分解形成铜盐溶液；

12、步骤1.5、使用蒸馏水冲洗刻蚀完毕的六边形互补开环谐振器，使用脱模剂脱模得到最终的六边形互补开环微带谐振器。

13、而且，所述步骤1中六边形互补开环微带谐振器包括接地板，在接地板上设置有介质基板，在介质基板上设置有微带传输线，同时接地板上刻蚀有多边形互补开环三维结构，三维结构为六边形结构。

14、而且，所述六边形结构三维结构的互补开环包括互补的内开环结构和外开环结构，内开环同心嵌套在外开环内，外开环的开环间隙与内开环的开环间隙呈180°对应设置，外开环的开环间隙距离与内开环的开环间隙距离设为g1＝0.2mm，外开环和内开环的带宽距离设为g2＝0.5mm，外开环和内开环的间隙距离设为g3＝0.2mm，外环宽设为a＝5mm。

15、本发明的优点和积极效果是：

16、1、本发明通过在微带传输线接地板上刻蚀六边形互补开环图案得到具有一定谐振频率的谐振器，且该谐振器的谐振频率受到介质基板和刻蚀部分上方介质的影响，由于介质基板基本固定，因此谐振器的谐振频率可视为只受上方介质的影响，当介质的相对介电常数或电导率增大时，谐振器的谐振频率将降低，即金属缺陷、碳化缺陷、水树缺陷等的存在将使谐振器谐振频率降低，当介质的相对介电常数或电导率减小时，谐振器的谐振频率将增大，即空气缺陷、热老化缺陷等将使谐振器谐振频率降低。本发明能够实现测聚乙烯绝缘材料内部缺陷可有效提高检测效果和准确度。

17、2、本发明方法中由于微波信号具有很强的穿透性，因此不仅对于绝缘材料表面缺陷具备精确检测的能力，还可以对绝缘材料内部一定深度的缺陷进行有效检测，且检测过程不会对材料本身造成任何破坏，即具备无损检测的优良特性。

18、3、本发明有效解决实际检测中绝缘材料及缺陷在形状和特性上均存在复杂多样性导致检测结果不准确的技术问题，经过实验验证本发明方法的检测能力优于常见的方形、圆形谐振器，在同样的介电常数的变化量下，其频率偏移量相对于方形谐振器提升了55.12％，相对于圆形谐振器提升了33.8％。且本发明方法中的此方法所使用的六边形互补开环微带谐振器结构简单，制作成本低廉，适用于转化大规模生产应用。

技术特征：

1.一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，其特征在于：所述步骤1中采用光刻蚀法制作六边形互补开环微带谐振器包括以下步骤：

3.根据权利要求1所述的一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，其特征在于：所述步骤1中六边形互补开环微带谐振器包括接地板，在接地板上设置有介质基板，在介质基板上设置有微带传输线，同时接地板上刻蚀有多边形互补开环三维结构，三维结构为六边形结构。

4.根据权利要求3所述的一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，其特征在于：所述六边形结构三维结构的互补开环包括互补的内开环结构和外开环结构，内开环同心嵌套在外开环内，外开环的开环间隙与内开环的开环间隙呈180°对应设置，外开环的开环间隙距离与内开环的开环间隙距离设为g1＝0.2mm，外开环和内开环的带宽距离设为g2＝0.5mm，外开环和内开环的间隙距离设为g3＝0.2mm，外环宽设为a＝5mm。

技术总结
本发明涉及一种无损离线检测聚乙烯绝缘材料内部缺陷的方法，通过在微带传输线接地板上刻蚀六边形互补开环图案得到具有一定谐振频率的谐振器，且该谐振器的谐振频率受到介质基板和刻蚀部分上方介质的影响，由于介质基板基本固定，因此谐振器的谐振频率可视为只受上方介质的影响，当介质的相对介电常数或电导率增大时，谐振器的谐振频率将降低，即金属缺陷、碳化缺陷、水树缺陷等的存在将使谐振器谐振频率降低，当介质的相对介电常数或电导率减小时，谐振器的谐振频率将增大，即空气缺陷、热老化缺陷等将使谐振器谐振频率降低。本发明能够实现测聚乙烯绝缘材料内部缺陷可有效提高检测效果和准确度。

技术研发人员：王旭光,马瑞,高伟,赵璐,王海彪,陈思佳,米肇丰,冯谦,隗小雪,李宗阳,润子玉,赵慧存,孙岚晨,孙哲,叶乃兴,任炳莉,齐沛雯
受保护的技术使用者：国网天津市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8