[发明专利]一种太赫兹波在电力高分子复合材料中的传播特性检测系统及其检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电力检测技术领域，特别涉及一种太赫兹波在电力高分子复合材料中的传播特性检测系统及其检测方法。

背景技术

在大力发展全球能源互联网输电的背景下，复合绝缘已成为特高压交直流设备、输电线路的主流选择，在各电压等级，全复合化变电站、全复合横担线路的工程设计和应用也将在电网中占据越来越重要的比重。在输变电工程推广使用复合绝缘材料设备前，应确保各类复合绝缘产品到货后进行抽样试验，并进行严格质量考核。但现状是，复合绝缘件内部隐蔽缺陷检测能力严重缺失，不利于此类产品大面积入网前的质量管控和运维管理。

由于制造工艺的原因，很多复合绝缘产品(如：复合套管、复合支柱绝缘子、复合横担等)内部存在着多种界面，如伞裙和护套、护套与芯棒(绝缘筒)、芯棒(绝缘筒)与端头金属附件以及芯棒(绝缘筒)的玻璃纤维和浸渍树脂之间的界面。如果在运行中，有一个界面出现缝隙，会在绝缘件中形成薄弱环节，特别是当水分或潮气进入缝隙中，绝缘件的绝缘性能会急剧下降，引起放电和击穿故障。

但是由于复合绝缘件的特殊性质，传统的X射线、超声波均因为衰减或散射等原因无法对其内部的微小气隙、裂纹等缺陷进行精确检测，导致很多带有缺陷的设备部件投运后短时间内即发生了击穿、断裂等故障。以复合绝缘子为例，多年来复合绝缘子的耐陡波冲击性能是衡量绝缘子内部性能优劣的重要标志之一。现有悬式复合绝缘子的陡波冲击试验是按照1992年版IEC61109标准的规定，主要针对新入网绝缘子分段施加陡度1000～1500kV/us的冲击电压，该陡度远低于瓷、玻璃绝缘子4000～5000kV/us的陡波试验水平，而复合绝缘子与瓷、玻璃绝缘子所承受的雷电冲击波并无本质差异。华北电科院等研究机构曾对复合绝缘子陡波参数值水平过低提出质疑，认为其仅对严重缺陷有效果，不易检测出绝缘子内部比较微小的缺陷。从江苏省对复合绝缘子陡波试验的情况来看，极少在现行陡度标准下检验出不合格产品。适当提高陡波试验陡度加强对运行一定年限的绝缘子内部绝缘性能无疑具有更严格的考核能力，但有研究也表明过高的陡度也有可能造成正常绝缘子内绝缘的损坏。另一方面，国内外针对变电站空心复合套管、复合横担的内部缺陷在出厂或到货现场，尚未提出行之有效的内部缺陷检测手段，无法检验是否存在运输、安装过程中的隐蔽损伤。因此，可考虑采用新型的无损检测手段检测绝缘子的生产质量和运行情况，尽早发现故障隐患，避免因绝缘子发生故障威胁到电网安全。

发明内容

本发明提供一种太赫兹技术在电力系统中各类复合绝缘件内部隐蔽性缺陷的远场无损快速检测系统和方法，为今后输变电设备迈入全面复合化奠定了基础。

本发明具体为一种太赫兹波在电力高分子复合材料中的传播特性检测系统，所述传播特性检测系统包括超快钛宝石飞秒激光器、分束镜、过渡平面镜、光栅色散预补偿器、延迟扫描控制单元、光导天线THz发射器、电力高分子复合材料样品、光导天线THz接收器、二维机械扫描平移台和计算机控制及数据采集系统，所述光栅色散预补偿器通过光纤与所述延迟扫描控制单元连接，所述延迟扫描控制单元还通过光纤分别与所述光导天线THz发射器和所述光导天线THz接收器连接，所述计算机控制及数据采集系统通过数据与信号控制线分别与所述延迟扫描控制单元和所述二维机械扫描平移台实现双向通信；所述传播特性检测系统用于确定时域THz波幅值、时延、其与参考曲线的欧式距离与待测对象位置和尺寸的对应关系，确定THz波频谱在特定频率处的幅度、相位与待测对象组成的对应关系。

所述超快钛宝石飞秒激光器为Vitesse 800飞秒激光器，其输出飞秒光脉宽100fs，中心波长800nm，重复频率80MHz，平均功率达1W。

所述光导天线THz发射器和所述光导天线THz接收器采用采用Picometrix公司的T-Ray5000系统，其利用光纤传输飞秒激光，不需要复杂光学元件，光路实现自由转换。

本发明还提供一种太赫兹波在电力高分子复合材料中的传播特性检测系统的检测方法，所述检测方法包括如下步骤：

步骤(1)：飞秒激光经过两级分束镜和过渡平面镜入射至光栅色散预补偿器进行正群速度色散预补偿；

步骤(2)：经过色散预补偿的飞秒激光耦合进入保偏单模光纤，并经由光纤传输到延迟扫描控制单元；

步骤(3)：飞秒激光在延迟扫描控制单元内部被分束为泵浦光和探测光；