一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法及装置
阅读说明：本技术 一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法及装置 (Insulator contamination degree detection method and device based on terahertz time-domain spectroscopy ) 是由 宗鹏锦 刘荣海 邱方程 郭新良 蔡晓斌 李鹏吾 郑欣 杨迎春 熊艳梅 许宏伟 代 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法及装置,包括配置不同质量NaCl的绝缘子污秽样品；计算不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密；通过反射式太赫兹时域光谱仪对绝缘子污秽样品的等值盐密进行检测,得到绝缘子污秽样品的太赫兹光谱；通过绝缘子污秽样品的太赫兹光谱,建立不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库,得到标准数据库；获取待测绝缘子,通过反射式太赫兹时域光谱仪得到待测绝缘子污秽的太赫兹光谱；将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱与标准数据库进行对比,得到待测绝缘子表面污秽的等值盐密,进而可知待测绝缘子的污秽度。本发明通过太赫兹时域光谱技术,能够对绝缘子污秽度实现快速、准确、高效、无损的检测。(The invention discloses a method and a device for detecting insulator pollution degree based on terahertz time-domain spectroscopy, which comprises the steps of configuring insulator pollution samples with different masses of NaCl; calculating equivalent salt density of insulator pollution samples with different masses of NaCl; detecting equivalent salt deposit density of the insulator pollution sample by a reflection type terahertz time-domain spectrograph to obtain a terahertz spectrum of the insulator pollution sample; establishing a spectrum comparison database of different equivalent salt deposit density insulator contamination samples through terahertz spectra of the insulator contamination samples to obtain a standard database; acquiring an insulator to be tested, and obtaining a dirty terahertz spectrum of the insulator to be tested through a reflective terahertz time-domain spectrometer; and comparing the terahertz spectrum of the contamination of the insulator to be detected with a standard database to obtain the equivalent salt deposit density of the contamination on the surface of the insulator to be detected, and further knowing the contamination degree of the insulator to be detected. According to the invention, the insulator contamination degree can be rapidly, accurately, efficiently and nondestructively detected by the terahertz time-domain spectroscopy technology.)
技术领域
本发明涉及输电线路运行检测技术领域，尤其涉及一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法及装置。
背景技术
绝缘子表面的污秽是电力系统的主要灾害之一。随着外绝缘表面污秽度的增大，绝缘水平降低，尤其在雨、雾等天气时，电力系统发生污闪事故的风险将大大增加，严重影响电网稳定运行。而支柱绝缘子防污工作与变电站、换流站安全稳定运行息息相关，积污特性观测亦是电力系统污区分级和外绝缘配置的基础工作。
输电线路绝缘子的闪络一直是电网安全稳定运行亟待解决的关键问题，其中绝缘子污秽闪络对电力系统具有极强破坏性。污闪通常有两大特点：一是多点同时，即在雾、露、毛毛雨等潮湿天气条件下环境相似、爬距相同的多条线路绝缘子会同时发生故障；二是重合闸不易成功而造成线路长时间接地事故。因此，污闪易引发系统失去稳定而导致大面积停电事故。
为了防止污闪的发生，多种绝缘子污秽检测方法已应用于实验室和现场中。评估绝缘子污秽程度常用方法有等值盐密法、泄漏电流法、表面污层电导率法等。传统接触式绝缘子污秽测量方法具有一定的局限性，如等值盐密法操作过程繁琐，泄漏电流法易受外界因素影响，表面污层电导率法测量分散性较大且测量麻烦。红外热像法、紫外成像法等光谱分析技术以其非接触式检测的优势，在绝缘子污闪防治工作中也得到了广泛的应用，但这两种方法成像或分辨率较低，或波谱较窄(只在特定波段成像)，仅能反映绝缘子的发热或放电特征，无法全面反映绝缘子的污秽状态。
发明内容
本发明提供了一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法及装置，以解决传统接触式绝缘子污秽测量方法存在一定局限性的问题。
第一方面，本发明提供一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1:配置不同质量NaCl的绝缘子污秽样品；
步骤2:计算不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密；
步骤3:通过反射式太赫兹时域光谱仪对不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密进行检测，得到不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱；
步骤4:通过不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱，建立不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库，得到标准数据库；
步骤5:获取待测绝缘子，通过反射式太赫兹时域光谱仪得到待测绝缘子污秽的太赫兹光谱；
步骤6：将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱与标准数据库进行对比，得到待测绝缘子表面污秽的等值盐密，进而可知待测绝缘子的污秽度。
可选择的，所述通过反射式太赫兹时域光谱仪对不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密进行检测，得到不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱包括：通过反射式太赫兹时域光谱仪对不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密进行多次检测，然后取多次实验取数据的平均值，得到不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱。
可选择的，所述获取待测绝缘子，通过反射式太赫兹时域光谱仪得到待测绝缘子污秽的太赫兹光谱包括：通过反射式太赫兹时域光谱仪对待测绝缘子表面的污秽进行太赫兹实验，得到待测绝缘子表面的污秽的太赫兹时域数据；通过绘图软件对时域数据处理，得到待测绝缘子表面污秽的太赫兹光谱图。
可选择的，所述将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱与标准数据库进行对比，得到待测绝缘子表面污秽的等值盐密，进而可知待测绝缘子的污秽度包括：将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱峰值与不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库的峰值进行对比，与不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库的峰值相同的即为待测绝缘子表面污秽的等值盐密，进而可知待测绝缘子的污秽度。
第二方面，本申请提供了一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测装置，所述基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测装置包括反射式太赫兹时域光谱仪和计算机，所述反射式太赫兹时域光谱仪包括飞秒激光器、离轴抛物面反光镜、硅片、反光镜和太赫兹探测器，所述飞秒激光器输出一束激光，所述飞秒激光器将激光传给所述离轴抛物面反光镜后经所述离轴抛物面反光镜聚焦并反射出，然后经所述硅片到达所述反光镜，所述反光镜将激光反射给绝缘子样品，最终绝缘子样品将反射出的激光经所述反光镜和所述离轴抛物面反光镜传给所述太赫兹探测器，所述太赫兹探测器通过处理分析把结果显示在所述计算机上。
本发明提供一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法及装置，所述方法包括以下步骤：步骤1:配置不同质量NaCl的绝缘子污秽样品；步骤2:计算不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密；步骤3:通过反射式太赫兹时域光谱仪对不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密进行检测，得到不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱；步骤4:通过不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱，建立不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库，得到标准数据库；步骤5:获取待测绝缘子，通过反射式太赫兹时域光谱仪得到待测绝缘子污秽的太赫兹光谱；步骤6：将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱与标准数据库进行对比，得到待测绝缘子表面污秽的等值盐密，进而可知待测绝缘子的污秽度。本发明通过利用太赫兹时域光谱技术，太赫兹时域光谱检测技术(THz-TDS)是一种非接触测量技术，它可以对半导体材料、薄膜材料等多种材料的物理信息进行快速准确的测量。当太赫兹时域光谱波与绝缘子相互作用并发生透射现象时，绝缘子的太赫兹时域光谱包含可以识别它们的光谱信息。太赫兹时域光谱不仅信噪比高，而且能迅速地对绝缘子内部的细微变化作出分析和判断。因此，采用太赫兹时域光谱技术可以对绝缘子污秽度实现快速、准确、高效、无损的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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。
图1为本发明提供的一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法流程图；
图2为反射式太赫兹时域光谱仪的装置结构图；
图3为某绝缘子表面人工模拟污秽的等值盐密对应下的太赫兹时域光谱图；
图4为现场支柱绝缘子的示意图。
具体实施方式
下面结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参见图1，本发明提供一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1:配置不同质量NaCl的绝缘子污秽样品；
因为绝缘子污秽中含有NaCl成分，所以选取NaCl作为浸污溶质，配置不同质量NaCl的人工污秽，并标号加以区别。
其中，将不同质量的NaCl粉末分别混入绝缘子污秽中，并充分搅拌，使NaCl粉末均匀分布在绝缘子污秽中。
步骤2:计算不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密；
将含不同质量NaCl的绝缘子污秽样品分别放入等量的蒸馏水中，即可测得不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密。
其中，含不同质量NaCl的绝缘子污秽样品分别放入相同体积电导率的蒸馏水中，浸泡数分钟后进行搅拌。
利用直读式等值盐密仪对含不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的蒸馏水进行测量，即可测得不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密。
步骤3:通过反射式太赫兹时域光谱仪对不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密进行检测，得到不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱；
步骤4:通过不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱，建立不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库，得到标准数据库；
反射式太赫兹时域光谱仪的装置结构图如图2所示，该装置主要由飞秒激光器、离轴抛物面反光镜、硅片、反光镜、太赫兹探测器、样品和计算机组成。
其中，所述的飞秒激光器输出一束激光，传给所述的离轴抛物面反光镜，离轴抛物面反光镜聚焦并反射出，经硅片到达所述的反光镜，反光镜将激光反射给所述的绝缘子污秽样品，最终所述的绝缘子污秽样品将反射出的激光经反光镜和离轴抛物面反光镜传给所述的太赫兹探测器，所述的太赫兹探测器通过处理分析把结果显示在所述的计算机上。
其中，利用反射式太赫兹时域光谱仪对绝缘子污秽样品需要重复多次进行检测，取多次实验取数据的平均值，使得实验数据更加准确。
如图3所示为三个不同等值盐密下人工模拟污秽的太赫兹时域光谱图，由图可知，不同等值盐密的太赫兹时域光谱是不相同的，具有明显的区分度。
步骤5:获取待测绝缘子，通过反射式太赫兹时域光谱仪得到待测绝缘子污秽的太赫兹光谱；
其中，利用反射式太赫兹时域光谱仪对待测绝缘子表面的污秽进行太赫兹实验，可以得到待测绝缘子表面的污秽的太赫兹时域数据，通过绘图软件对时域数据处理，即可得到待测绝缘子表面污秽的太赫兹时域光谱图。
所述的反射式太赫兹时域光谱仪可以检测绝缘子顶端表面的污秽，也可以实现除了顶端表面外其他下方表面的污秽。图4为现场支柱绝缘子的示意图，由图可以看出，由于顶端表面下方的其他表面之间的间隙非常狭小，仪器很难对空间狭小的表面进行检测，本发明涉及的反射式太赫兹光谱仪可以容易地解决上述的问题。
步骤6：将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱与标准数据库进行对比，得到待测绝缘子表面污秽的等值盐密，进而可知待测绝缘子的污秽度。
待测绝缘子表面污秽的太赫兹时域光谱峰值与标准数据库中时域光谱图的峰值对比，与标准数据库中时域光谱图的峰值相同的即为待测绝缘子表面污秽的等值盐密。
其中，待测绝缘子的污秽度指污秽等级分别是：等级Ⅰ为等值盐密范围为0.03～0.06mg/cm2；等级Ⅱ为等值盐密范围为0.06～0.1mg/cm2；等级Ⅲ为等值盐密范围为0.1～0.25mg/cm2；等级Ⅳ为等值盐密范围为＞0.25mg/cm2。
太赫兹时域光谱技术是一种非接触测量技术。它能够对半导体材料、电介质材料、薄膜材料的物理信息进行快速准确的测量。太赫兹时域光谱不仅信噪比高，而且能迅速地对样品内部的细微变化作出分析和判断。总之，太赫兹时域光谱的这些优越性能将使其成为分析物质的新的光谱学工具。
本发明提供一种基于太赫兹时域光谱的绝缘子污秽度检测方法，所述方法包括以下步骤：步骤1:配置不同质量NaCl的绝缘子污秽样品；步骤2:计算不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密；步骤3:通过反射式太赫兹时域光谱仪对不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的等值盐密进行检测，得到不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱；步骤4:通过不同质量NaCl的绝缘子污秽样品的太赫兹光谱，建立不同等值盐密绝缘子污秽样品的光谱对比数据库，得到标准数据库；步骤5:获取待测绝缘子，通过反射式太赫兹时域光谱仪得到待测绝缘子污秽的太赫兹光谱；步骤6：将待测绝缘子污秽的太赫兹光谱与标准数据库进行对比，得到待测绝缘子表面污秽的等值盐密，进而可知待测绝缘子的污秽度。本发明通过利用太赫兹时域光谱技术，太赫兹时域光谱检测技术(THz-TDS)是一种非接触测量技术，它可以对半导体材料、薄膜材料等多种材料的物理信息进行快速准确的测量。当太赫兹时域光谱波与绝缘子相互作用并发生透射现象时，绝缘子的太赫兹时域光谱包含可以识别它们的光谱信息。太赫兹时域光谱不仅信噪比高，而且能迅速地对绝缘子内部的细微变化作出分析和判断。因此，采用太赫兹时域光谱技术可以对绝缘子污秽度实现快速、准确、高效、无损的检测。
以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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