- 頭條西南交通大學科研人員提出復合絕緣子表面老化程度評估的新方法2021-06-03 作者：張血琴 張玉翠 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語西南交通大學電氣工程學院的研究人員張血琴、張玉翠、郭裕鈞、劉凱、吳廣寧，在2021年第2期《電工技術學報》上撰文，針對現有絕緣老化檢測尚無一種便捷快速的方法，提出了一種基于高光譜技術的復合絕緣子表面老化程度的非接觸、快速無損檢測評估方法。基于深度極限學習機建立絕緣子老化程度評估模型，他們對60組待測數據進行預測，實現對絕緣子老化程度精確分級，分類準確率達96.67%，與BP神經網絡和支持向量機模型對比，表明本研究所用模型可兼備快速性和準確性，為實現外絕緣表面老化程度的在線檢測提供了新思路。
硅橡膠復合絕緣子因其優良的憎水性和防污閃性能，近幾十年來在電力系統中得到大規模的應用。然而硅橡膠復合絕緣子在實際運行中面臨各種嚴酷環境，使得其極易在環境惡劣地區產生材料的老化劣化，導致絕緣子性能降低。尤其高海拔環境下，空氣稀薄，紫外線強度遠遠高于其他地區，紫外輻射成為絕緣子老化的重要影響因素。
紫外線因其較短的波長和較大的光子能量，能夠使硅橡膠材料高分子聚合物的部分化學鍵斷裂，從而改變材料的理化特性，直接表現為絕緣子表面憎水性降低，發生龜裂、粉化、表面粗糙度增加等，使得閃絡電壓降低，容易引發電網故障，造成極大的經濟損失。
目前對于高海拔強紫外線等嚴酷環境的外絕緣檢測，主要分為直接法和間接法。直接法一般有絕緣電阻法、電場測量法、脈沖電流法等。絕緣電阻法是通過測量泄漏電流實現的，然而泄漏電流會受到天氣、污穢程度等多種因素影響，測量準確性會受到一定影響；電場測量法通過測量絕緣子串簡化電場模型的軸向電場分布，找出絕緣子的內絕緣通導性故障；脈沖電流法通過測量絕緣子電暈脈沖電流來判斷其絕緣狀況。
直接法表現出來的明顯不足是測量效率較低，常需要工作人員登桿操作，十分不便，安全系數也不高。此時非接觸式在線監測方法顯示出明顯優勢。非接觸式主要包括紫外成像法、紅外成像法和X射線成像法等，這些方法仍存在一些缺陷，如紫外成像和紅外熱像是通過測量電、熱這種間接信號的特性來反映絕緣子狀態，且紫外成像必須在夜間進行，不利于檢測的開展。因此，尋找一種更加便捷直接的非接觸、快速無損傷檢測硅橡膠材料老化的手段，對于維護電力系統安全穩定運行具有重要意義。
高光譜技術將成像技術和光譜技術有機結合，可以對紫外光、可見光、近紅外光和中紅外光區域的電磁波以多個連續細分波段進行成像，具有很高的波譜分辨率，且同時包含圖像和光譜信息，對檢測對象建立波譜庫后，可對樣本直接進行在線檢測而無需制樣，近年來不僅在遙感領域發揮了巨大作用，在工農業乃至更多行業領域也展現了出了巨大的應用潛力。
西南交通大學的研究人員運用高光譜技術對人工紫外老化的硅橡膠絕緣片進行檢測，采集不同老化狀態下原始圖譜數據并進行處理，結合傅里葉紅外光譜（FTIR）相關數據，分析不同老化程度對應于高光譜譜線的響應機制和特征變化，最后運用深度極限學習機（DELM）算法，建立復合絕緣子表面老化程度評估模型并對樣本進行老化程度劃分。研究結果給絕緣子表面老化狀態的在線檢測和評估提供了新方法和新依據。
圖1 紫外老化平臺示意圖
圖2 高光譜試驗平臺模型室
在使用人工紫外加速老化試驗箱對HTV硅橡膠樣品進行加速老化試驗，并用高光譜技術對加速老化后樣品的老化狀態進行檢測，用DELM分類模型對老化樣品進行評估后，西南交通大學的研究人員得到以下結論：
圖3 不同老化程度絕緣子預測結果
表1 算法效果比較
1）人工紫外加速老化試驗箱可以較好地模擬高原環境長波紫外對樣品的影響，老化后樣品表面粗糙度增大、顏色逐漸加深以及變黑、硬度增大并出現裂紋。
2）樣本老化程度的不同反映在高光譜譜線上有顯著差異，最明顯的波段是代表C－H基團三倍頻特征吸收帶的1150～1250nm和代表－OH二倍頻特征吸收帶的1400～1500nm，全波段反射率整體趨勢為隨老化時間增加而降低。
3）基于全波段數據的深度極限學習機分類模型可以實現對不同老化時長的復合絕緣子進行表面老化程度的分類，準確率可達96.67%，且訓練速度快、泛化性好，為絕緣子老化狀態在線檢測提供了新思路。
以上研究成果發表在2021年第2期《電工技術學報》，論文標題為“基于高光譜技術的復合絕緣子表面老化程度評估”，作者為張血琴、張玉翠、郭裕鈞、劉凱、吳廣寧。
