一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法及系统，属于扫描检测领域。本申请以太赫兹脉冲波在介质中的传播特性为理论基础，搭建了反射式太赫兹时域光谱测量系统(THz

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法及系统


[0001]本专利技术属于扫描检测领域，涉及一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法及系统。

技术介绍

[0002]油纸绝缘作为电力变压器的主要绝缘材料，其状态与设备的运行风险紧密相关。绝缘缺陷处的场强集中是造成局部放电从而引发故障的主要原因，而局部放电时产生的微小碳化颗粒或局部碳化痕迹通道均可能造成油纸绝缘中局部场强的集中，为设备安全运行埋下隐患。
[0003]针对绝缘纸板的缺陷检测，目前多采用扫描电子显微镜和工业CT扫描两种技术。其中，扫描电子显微镜技术是通过光束与物质间的相互作用,来激发并获取检测样品的各种物理信息,对这些信息进行成像达到表征物质微观形貌的目的；工业CT扫描是使用X射线源，利用X射线穿过样品时与样品发生的相互作用，由于样品内部物质的微观结构和密度的不同，就会得到一幅关于样品X检测信息的二维投影，之后将样品等角度旋转并采集二维投影信息，直至样品旋转360
°
，最后采用投影算法对样品的三维微观结构进行重建。但是，以上两种方法均不适用于绝缘纸板内部的放电碳化痕迹缺陷检测，扫描电子显微镜只能分析绝缘纸板的表面形貌和物质成分，观察区域小且无法对绝缘纸板内部缺陷进行检测；工业CT扫描可以对整个样品内部进行高精度三维成像，但其设备昂贵，检测时需要对大尺寸绝缘纸板进行切割，还可能存在X射线辐射泄漏的危害。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法及系统。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法，该方法为：
[0007]建立物理模型，E0(ω)为入射脉冲太赫兹脉冲波，在空气中传播距离L后，得到的参考信号Eref(ω)表达为：
[0008]E
ref
(ω)＝E0(ω)
·
p
a
(ω,L)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0009]式中ω为太赫兹波频率，p
a
(ω，L)为太赫兹波在空气介质中的传播因数，其表达式为：
[0010][0011]式中为空气复折射率；c为光速；
[0012]根据菲涅尔公式，太赫兹脉冲波从介质1进入介质2时，在分界面将发生折和反射，折射系数t
12
和反射系数r
21
分别表示为：
[0013][0014][0015]式中，和分别为介质1和介质2的复折射率，表达为：
[0016][0017]式中，n(ω)为实折射率，表征介质的色散特性，κ(ω)为消光特性，表征介质的吸收特性；
[0018]当太赫兹脉冲波E0(ω)从空气中垂直入射于一厚度为d的介质1时，在介质对面检测到的透射信号E
sam
表达式为：
[0019]E
sam
＝E0(ω)
·
t
a1
(ω)
·
p1(ω,d)
·
t
1a
(ω)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0020]太赫兹脉冲波在绝缘介质中表现为弱吸收特性，即κ1(ω)＜＜n1(ω)，
[0021]对于纸板内部局部放电产生的放电碳化痕迹缺陷，分析基于太赫兹脉冲波的传播特性和基于反射信号的缺陷检测原理；界面反射波的传播距离为介质厚度的2倍；
[0022]设定入射波为E0，纸板表面反射波为E
r0
，气隙上表面反射波为E
r1
，气隙下表面反射波为E
r2
，铁板表面反射波为E
r3
；
[0023]根据式(3)、(4)和(6)，纸板表面反射波E
r0
的计算式如下：
[0024]E
r0
＝E0·
r
1a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0025]同理，气隙上、下表面反射波E
r1
和E
r2
分别表达为：
[0026]E
r1
＝E0p1(ω,2d1)
·
t
a1
r
C1
t
1a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0027]E
r2
＝E0p1(ω,2d1)p
C
(ω,2d2)
·
t
a1
t
1a
t
C1
t
1C
r
1C
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0028]由公式(3)、(4)、(10)、(11)和(12)得：
[0029][0030][0031]式中，p
C
(ω，2d2)为太赫兹波在空气介质中的传播因数；
[0032]E
r0
与E
r1
、E
r1
与E
r2
极性相反。
[0033]基于所述方法的绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测系统，该系统包括飞秒激光器、分束器、光电导天线、光纤延迟线、抛物面镜、半透镜、THz脉冲波探测器、数据采集卡、XY扫描平台和计算机；
[0034]飞秒激光器首先发射出飞秒激光脉冲，分束器将其分成相互垂直的两束光：抽运光和探测光；抽运光经光纤延迟线和光导天线产生THz脉冲波，经抛物面镜进行准直、聚焦，调整THz波入射角度后再经半透镜入射到样品表面，THz脉冲反射波与探测光共线进入THz探测器；THz探测器将收集到的信号发送给计算机进行数据分析和处理。
[0035]本专利技术的有益效果在于：以太赫兹脉冲波在介质中的传播特性为理论基础，搭建
了反射式太赫兹时域光谱测量系统(THz
‑
TDS)，利用太赫兹时、频域光谱技术进行缺陷类型的判定，缺陷大小的定量，并结合快速傅里叶(FFT)变换对缺陷和正常位置的特征频率差异进行分析，提出利用太赫兹技术实现绝缘纸板内部放电痕迹缺陷的非接触无损检测的方法。
[0036]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
[0037]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术作优选的详细描述，其中：
[0038]图1为太赫兹脉冲波穿透空气和介质示意图；
[0039]图2为纸板界面放电碳化痕迹THz脉冲反射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种绝缘纸板内部放电痕迹的无损检测方法，其特征在于：该方法为：建立物理模型，E0(ω)为入射脉冲太赫兹脉冲波，在空气中传播距离L后，得到的参考信号Eref(ω)表达为：E
ref
(ω)＝E0(ω)
·
p
a
(ω,L)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)式中ω为太赫兹波频率，p
a
(ω，L)为太赫兹波在空气介质中的传播因数，其表达式为：式中为空气复折射率；c为光速；根据菲涅尔公式，太赫兹脉冲波从介质1进入介质2时，在分界面将发生折和反射，折射系数t
12
和反射系数r
21
分别表示为：分别表示为：式中，和分别为介质1和介质2的复折射率，表达为：式中，n(ω)为实折射率，表征介质的色散特性，κ(ω)为消光特性，表征介质的吸收特性；当太赫兹脉冲波E0(ω)从空气中垂直入射于一厚度为d的介质1时，在介质对面检测到的透射信号E
sam
表达式为：E
sam
＝E0(ω)
·
t
a1
(ω)
·
p1(ω,d)
·
t
1a
(ω)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)太赫兹脉冲波在绝缘介质中表现为弱吸收特性，即κ1(ω)＜＜n1(ω)，对于纸板内部局部放电产生的放电碳化痕迹缺陷，分析基于太赫兹脉冲波的传播特性和基于反射信号的缺陷检测原理；界面反射波的传播距离为介质厚度的2倍；设定入射波为E0，纸板表面反射波为E
r0
，气隙上表面反射波为E
r1
，气隙下表面反射波为E
r2
，铁板表面反射波为E
r3
；根据式(3)、(4)和(6)，纸板表面反射波E
r0
的计算式...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丽君，李佳俊，刘宏，俞华，程涣超，何雨欣，孟祥迪，成立，赵学童，
申请(专利权)人：国网山西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：