CN103558241A - 绝缘子样品老化度检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种绝缘子样品老化度检测方法，解决了现有的绝缘子老化度磁共振检测磁体的磁场均匀度不高的问题。包括选取12个体积相同的磁性材料相同的立方体形磁体子模块（1）进行充磁，使每个立方体形磁体子模块的充磁强度相同充磁方向相同；将12个立方体形磁体子模块等弧度间隔地均布在同一圆周上的，在12个立方体形磁体子模块均布的该同一圆周所在圆的圆心位置上设置检测线圈（15），对检测线圈中的信号进行检测分析，对绝缘子样品进行电磁激励，产生的磁共振感应衰减信号经前置放大器、混频器和模数转换器依次处理后；通过观察和分析谱图上每一根特征谱线的高度等参量，并与标准数据进行对照，实现对绝缘子老化度的判断。

Description

绝缘子样品老化度检测方法

技术领域

本发明涉及一种用于检测绝缘子样品的弛豫特性的磁共振永磁体检测方法，特别涉及一种用于检测绝缘子样品老化度的检测方法。

背景技术

常规硅橡胶复合绝缘子的主要成分是聚二甲基硅氧烷，其分子以重复的硅氧键Si-O为主链，Si原子上直接连接有甲基、乙烯基等聚合物，围绕Si-O主链紧密排列的非极性甲基基团向表面取向，屏蔽了Si-O的强极性，使得硅橡胶表面呈现出较好的憎水性。受外界恶劣环境或电晕放电等的影响，绝缘子发生老化，使得与主链Si原子相连的部分基团脱落，所含氢原子1H的状态发生改变，而磁共振技术根据1H的电磁特性，研究物质中1H的物理和化学性质及其所处的分子环境，并分析相关分子结构。采用磁共振方法对硅橡胶绝缘子1H状态的变化进行分析，可以间接实现对样品老化度的定性和定量表征。目前，复合绝缘子伞裙材料的在线检测方法主要有红外成像法和超声波检测法等。红外成像法，此法用于导线、接头、套管等发热检测及合成绝缘子局部异常发热检测，绝大多数由电场引起的绝缘材料损坏与温度有关。局部放电泄漏电流流过绝缘物质时的介电损耗或电阻损耗都可引起绝缘子局部温度升高。通过观察局部热点发出的红外线可发现某些缺陷。该法的缺点是仪器造价高、且温度测量易受阳光、大风、潮气、环境温度及一些能引起绝缘子表面温度急剧变化等因素的影响。超声波检测法，基于超声波在从一种介质进入到另一种介质的传播过程中会在两介质的交界面发生反射、折射和模式变换 (纵、横波转换) 的原理，通过接收超声波发生器 (称为换能器) 发出的脉冲超声波在进入绝缘子介质和穿出绝缘子介质时的反射波来限定绝缘子的位置区间。当绝缘子出现“开裂”时，则在接收到反射波的时间轴上将出现该缺陷的反射波，由时间轴上该缺陷波的大小及位置即可判断出缺陷在绝缘子中的具体情况。超声波检测操作简单、安全可靠、抗干扰能力强，主要用于检测绝缘子芯棒的裂纹。但其存在耦合、衰减及超声换能器性能等问题。另外，实测时高压端金具常发生电晕，产生的背景噪音会淹没绝缘子缺陷所发出的声波，不适合现场检测，比较适用于企业生产在线检测以及实验室检定等。公知的绝缘子老化度磁共振检测探头是由小型永磁体和射频线圈组成。将被测绝缘子样品放置于永磁体磁场之中，样品中的氢原子核发生磁性极化，射频线圈在样品区域产生一个与永磁体磁场方向垂直的射频脉冲磁场，将样品的静态磁化强度矢量扳倒90度，撤去射频脉冲磁场后在所述磁化强度矢量回归原始状态的过程中在射频线圈的两端产生感应电动势，即磁共振信号，对该信号进行基于横向弛豫时间（T2）的反演运算，得到T2谱，通过对谱线结构的分析可以确定被测绝缘子样品的挂网年限。专利号201210248887.7的《一种用于复合绝缘子伞裙老化无损检测的磁共振传感器》介绍了基于两块相对放置的永磁体和平面线圈的绝缘子老化度磁共振检测装置，通过机械调节两块永磁体之间的距离可以适应不同厚度的绝缘子样品。由于所述磁体为采用常规方法单体充磁而成，其在指定目标区域的磁场均匀性不高，会影响样品磁化的均匀性，进而降低磁共振信号的检测信噪比，增加绝缘子老化度的检测时间，另外，采用间距可调节的磁体组合方式，虽然可以增加所述检测装置的适用性，但是会使中间磁场的磁通密度发生变化，进而磁共振频率发生变化，就需要对射频线圈的共振频率进行重新调节，增加了装置使用的复杂性。不论是在实验室还是在变电站现场，一块强磁场磁体的存在给周围正常工作的电气设备会带来一定的安全隐患，特别是当对磁体进行移动时。

发明内容

本发明提供了一种绝缘子样品老化度检测方法，解决了现有的绝缘子老化度磁共振检测磁体的磁场均匀度不高，以及杂散磁场对周围环境的影响的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

一种绝缘子样品老化度检测装置，包括被检测绝缘子样品、检测线圈和12个充磁方向及充磁强度均相同的立方体形磁体子模块，12个体积相同的立方体形磁体子模块是等弧度间隔地均布在同一圆周上的，若选取其中的一个立方体形磁体子模块的充磁方向做为基准，在该同一圆周上，沿顺时针方向依次布置的各立方体形磁体子模块的充磁方向是沿顺时针方向依次旋转60度的，在12个立方体形磁体子模块均布的该同一圆周所在圆的圆心位置上设置有检测线圈，在检测线圈的中心轴上设置有被检测绝缘子样品，检测线圈的一端接地，检测线圈的另一端与阻抗匹配电容的一端连接，在检测线圈的两端并联有频率调谐电容，阻抗匹配电容的另一端分别与长度为1/4波长无损耗线的一端和串联二极管对管的一端连接，长度为1/4波长无损耗线的另一端分别与前置放大器的输入端和并联二极管对管的一端连接，并联二极管对管的另一端接地，前置放大器的输出端与门控开关的一端连接，门控开关的另一端与混频器的第一输入端连接，混频器的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与计算机的输入端连接，计算机的输出端与射频信号源的输入端连接，射频信号源的输出端分别与混频器的第二输入端和脉冲调制开关的输入端连接，脉冲调制开关的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与串联二极管对管的另一端连接。

所述的被检测绝缘子样品为圆环体形状，被检测绝缘子样品设置在检测线圈的正上方。

一种绝缘子样品老化度检测方法，包括以下步骤：

第一步、选取12个体积相同的磁性材料相同的立方体形磁体子模块进行充磁，使每个立方体形磁体子模块的充磁强度相同，并充磁方向也相同；

第二步、将12个立方体形磁体子模块等弧度间隔地均布在同一圆周上的，若选取其中的一个立方体形磁体子模块的充磁方向做为基准，在该同一圆周上，沿顺时针方向依次布置的各立方体形磁体子模块的充磁方向沿顺时针方向依次旋转60度的；

第三步、在12个立方体形磁体子模块均布的该同一圆周所在圆的圆心位置上设置检测线圈，在检测线圈的中心轴正上方设置被检测绝缘子样品；

第四步、将检测线圈的一端接地，将检测线圈的另一端与阻抗匹配电容的一端连接，在检测线圈的两端并联频率调谐电容，阻抗匹配电容的另一端分别与长度为1/4波长无损耗线的一端和串联二极管对管的一端连接，长度为1/4波长无损耗线的另一端分别与前置放大器的输入端和并联二极管对管的一端连接，并联二极管对管的另一端接地，前置放大器的输出端与门控开关的一端连接，门控开关的另一端与混频器的第一输入端连接，混频器的输出端与模数转换器的输入端连接，模数转换器的输出端与计算机的输入端连接，计算机的输出端与射频信号源的输入端连接，射频信号源的输出端分别与混频器的第二输入端和脉冲调制开关的输入端连接，脉冲调制开关的输出端与功率放大器的输入端连接，功率放大器的输出端与串联二极管对管的另一端连接；

第五步、在计算机的控制下，功率放大器输出CPMG脉冲序列，对绝缘子样品进行电磁激励，产生的磁共振感应衰减信号经前置放大器、混频器和模数转换器依次处理后，由计算机完成正交相敏检波，得到磁共振信号的实部和虚部频响分量，进一步对信号进行拉普拉斯变换，得到被测样品的横向弛豫时间分布谱。通过观察和分析谱图上每一根特征谱线的高度、位置和覆盖面积等参量，并与标准数据进行对照，实现对绝缘子老化度的判断。

本发明提供一种永磁体，该磁体不仅能够检测绝缘子的老化度，而且能提高样品检测目标区域的磁场均匀性，以及具有较低的杂散磁场，克服了现有绝缘子老化度磁共振检测磁体的磁场均匀度不高，以及杂散磁场对周围环境的影响。 

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的测量电路结构示意图；

图3是本发明的12个立方体形磁体子模块1在俯视方向上的磁场结构示意图；

图4是本发明的立方体形磁体子模块1的充磁磁场的结构示意图。

具体实施方式

一种绝缘子样品老化度检测装置，包括被检测绝缘子样品17、检测线圈15和12个充磁方向及充磁强度均相同的立方体形磁体子模块1，12个体积相同的立方体形磁体子模块1是等弧度间隔地均布在同一圆周上的，若选取其中的一个立方体形磁体子模块1的充磁方向X做为基准，在该同一圆周上，沿顺时针方向依次布置的各立方体形磁体子模块的充磁方向是沿顺时针方向依次旋转60度的，在12个立方体形磁体子模块1均布的该同一圆周所在圆的圆心位置上设置有检测线圈15，在检测线圈15的中心轴上设置有被检测绝缘子样品17，检测线圈15的一端接地，检测线圈15的另一端与阻抗匹配电容16的一端连接，在检测线圈15的两端并联有频率调谐电容3，阻抗匹配电容16的另一端分别与长度为1/4波长无损耗线4的一端和串联二极管对管7的一端连接，长度为1/4波长无损耗线4的另一端分别与前置放大器5的输入端和并联二极管对管6的一端连接，并联二极管对管6的另一端接地，前置放大器5的输出端与门控开关10的一端连接，门控开关10的另一端与混频器11的第一输入端连接，混频器11的输出端与模数转换器12的输入端连接，模数转换器12的输出端与计算机14的输入端连接，计算机14的输出端与射频信号源13的输入端连接，射频信号源13的输出端分别与混频器11的第二输入端和脉冲调制开关9的输入端连接，脉冲调制开关9的输出端与功率放大器8的输入端连接，功率放大器8的输出端与串联二极管对管7的另一端连接。

所述的被检测绝缘子样品17为圆环体形状，被检测绝缘子样品17设置在检测线圈15的正上方。

一种绝缘子样品老化度检测方法，包括以下步骤：

第一步、选取12个体积相同的磁性材料相同的立方体形磁体子模块1进行充磁，使每个立方体形磁体子模块1的充磁强度相同，并充磁方向也相同；

第二步、将12个立方体形磁体子模块1等弧度间隔地均布在同一圆周上的，若选取其中的一个立方体形磁体子模块1的充磁方向X做为基准，在该同一圆周上，沿顺时针方向依次布置的各立方体形磁体子模块的充磁方向沿顺时针方向依次旋转60度的；

第三步、在12个立方体形磁体子模块1均布的该同一圆周所在圆的圆心位置上设置检测线圈15，在检测线圈15的中心轴正上方设置被检测绝缘子样品17；

第四步、将检测线圈15的一端接地，将检测线圈15的另一端与阻抗匹配电容16的一端连接，在检测线圈15的两端并联频率调谐电容3，阻抗匹配电容16的另一端分别与长度为1/4波长无损耗线4的一端和串联二极管对管7的一端连接，长度为1/4波长无损耗线4的另一端分别与前置放大器5的输入端和并联二极管对管6的一端连接，并联二极管对管6的另一端接地，前置放大器5的输出端与门控开关10的一端连接，门控开关10的另一端与混频器11的第一输入端连接，混频器11的输出端与模数转换器12的输入端连接，模数转换器12的输出端与计算机14的输入端连接，计算机14的输出端与射频信号源13的输入端连接，射频信号源13的输出端分别与混频器11的第二输入端和脉冲调制开关9的输入端连接，脉冲调制开关9的输出端与功率放大器8的输入端连接，功率放大器8的输出端与串联二极管对管7的另一端连接；

第五步、在计算机的控制下，功率放大器输出CPMG脉冲序列，对绝缘子样品进行电磁激励，产生的磁共振感应衰减信号经前置放大器、混频器和模数转换器依次处理后，由计算机完成正交相敏检波，得到磁共振信号的实部和虚部频响分量，进一步对信号进行拉普拉斯变换，得到被测样品的横向弛豫时间分布谱；通过观察和分析谱图上每一根特征谱线的高度、位置和覆盖面积等参量，并与标准数据进行对照，实现对绝缘子老化度的判断。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：选取12支均匀充磁的长度相同的立方体形永磁体，其充磁方向均与其长度方向轴线垂直，且充磁强度均相同，将每支永磁体相隔30度夹角沿一个半径足够大的圆周依次排列，并且每支永磁体的几何中心在同一平面上，以及每支永磁体的剩磁磁场方向按照60度相位差依次旋转取向，由于单个磁体磁场的相互叠加，就会在永磁体阵列内部、其几何中心平面附近产生垂直于阵列轴线方向的均匀磁场，而在阵列以外的区域，包括阵列的上方和下方，磁场强度几乎为零，达到了绝缘子老化度磁共振检测时对主磁场均匀性的要求，同时主磁体的周围磁场几乎为零。

本发明的有益效果是，和其他绝缘子老化度磁共振检测所用的磁体相比，阵列式磁体结构的磁场强度空间分布更加均匀，同时磁体外部的杂散磁场非常微弱，而且为了便于被测绝缘子的加载，可将立方体型磁体阵列分成两部分并能够实现机械开合。

在图1所示实施例中，磁体阵列由12个子模块1沿一个圆周排列组成，以所述圆周的圆点为中心，每一个子模块1中心与圆周圆点之间连线的夹角为30度，如果以最上方子模块1的磁化强度矢量为基准，逆时针方向上每个子模块1磁化强度矢量的方向依次旋转60度。在图2中，显示了单个子模块1的磁化强度矢量方向。

实际检测时，先将平面检测线圈15水平放入圆环型磁体，然后将被测绝缘子样品17靠近检测线圈并放在其上方位置，通过检测电路运行一个自旋回波序列并传递给所示检测线圈，对被测样品17进行激发，过后产生的感应磁共振信号经检测线圈15、1/4波长线4传输给检测电路的前置放大器部分5，依次进行后续的信号处理，最终在计算机14上处理相关数据并显示测量结果。

 以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些改动和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (1)

1.一种绝缘子样品老化度检测方法，包括以下步骤：

第一步、选取12个体积相同的磁性材料相同的立方体形磁体子模块（1）进行充磁，使每个立方体形磁体子模块（1）的充磁强度相同，并充磁方向也相同；

第二步、将12个立方体形磁体子模块（1）等弧度间隔地均布在同一圆周上的，若选取其中的一个立方体形磁体子模块（1）的充磁方向（X）做为基准，在该同一圆周上，沿顺时针方向依次布置的各立方体形磁体子模块的充磁方向沿顺时针方向依次旋转60度的；

第三步、在12个立方体形磁体子模块（1）均布的该同一圆周所在圆的圆心位置上设置检测线圈（15），在检测线圈（15）的中心轴正上方设置被检测绝缘子样品（17）；

第四步、将检测线圈（15）的一端接地，将检测线圈（15）的另一端与阻抗匹配电容（16）的一端连接，在检测线圈（15）的两端并联频率调谐电容（3），阻抗匹配电容（16）的另一端分别与长度为1/4波长无损耗线（4）的一端和串联二极管对管（7）的一端连接，长度为1/4波长无损耗线（4）的另一端分别与前置放大器（5）的输入端和并联二极管对管（6）的一端连接，并联二极管对管（6）的另一端接地，前置放大器（5）的输出端与门控开关（10）的一端连接，门控开关（10）的另一端与混频器（11）的第一输入端连接，混频器（11）的输出端与模数转换器（12）的输入端连接，模数转换器（12）的输出端与计算机（14）的输入端连接，计算机（14）的输出端与射频信号源（13）的输入端连接，射频信号源（13）的输出端分别与混频器（11）的第二输入端和脉冲调制开关（9）的输入端连接，脉冲调制开关（9）的输出端与功率放大器（8）的输入端连接，功率放大器（8）的输出端与串联二极管对管（7）的另一端连接；

第五步、在计算机的控制下，功率放大器输出CPMG脉冲序列，对绝缘子样品进行电磁激励，产生的磁共振感应衰减信号经前置放大器、混频器和模数转换器依次处理后，由计算机完成正交相敏检波，得到磁共振信号的实部和虚部频响分量，进一步对信号进行拉普拉斯变换，得到被测样品的横向弛豫时间分布谱；通过观察和分析谱图上每一根特征谱线的高度、位置和覆盖面积等参量，并与标准数据进行对照，实现对绝缘子老化度的判断。

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