弧形核磁共振传感器研究及其在橡胶绝缘材料检测中的应用

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复合绝缘子具有优异的憎水性、高强度重量比等优点被广泛的应用于电力系统中。随着运行年限的增加复合绝缘子会出现老化,对于复合绝缘子老化状态的检测已经有不少学者做了研究,但是目前尚没有非常有效准确的可用于工程现场无损检测的方法。另外,大多数关于复合绝缘子护套老化状态检测的研究都集中于伞裙的检测,尚没有看到针对芯棒护套老化状态检测手段的研究。  核磁共振方法可以从分子水平检测出高分子复合材料的结构变化,因此可以用来检测橡胶材料的老化,而复合绝缘子芯棒护套的主要成分正式高温硫化硅橡胶,因此可以用核磁共振方法检测复合绝缘子芯棒护套的老化状态,另外考虑到芯棒护套的特殊形状,设计了可以用于检测弧形表面样品的核磁共振传感器,该传感器的检测样品不限于复合绝缘子芯棒护套,适用于所有表面形状为弧形的高分子材料样品。  所以本文基于低场核磁共振原理,设计了可以用于检测弧形表面样品的核磁共振传感器,并将之用于复合绝缘子芯棒护套老化状态的检测中,本文的工作主要有:  1)提出利用低场核磁共振方法检测复合绝缘子芯棒护套的老化状态,简单介绍了核磁共振的基本原理。  2)根据芯棒护套的结构特点,设计出了可以用于检测弧形表面样品的便携式核磁共振传感器。该传感器的静态磁场B0和射频场B1的幅值等位线在目标区域内的曲率与芯棒护套的曲率相同,并且他们的方向相互正交。传感器主要包括主磁体、磁体腔、射频线圈、绝缘垫片、匹配电路、屏蔽盒等部分。  3)研究了CPMG回波信号的处理方法,对回波信号进行拟合主要有非线性拟合和线性拟合,线性拟合就要涉及到病态问题的处理,就需要对问题添加附加的物理约束进行正则化,本文介绍了几种正则化的方法。  4)对在220kV交流线路挂网运行0年、8年和12年的悬式绝缘子芯棒护套进行了核磁共振实验。用CONTIN算法对CPMG回波信号进行逆Laplace变换得到了芯棒护套的横向弛豫时间T2的一维谱分布曲线f(T2),计算了T2的长分量的平均值T2,longmean,并用其评估芯棒护套的老化状态。  根据实验结果,随着运行年限的增长,复合绝缘子芯棒护套的老化状态加剧,其横向弛豫时间变小,表现为一维谱分布曲线f(T2)向左移,T2,longmean的值变小。此结果与本课题组前期关于伞裙老化状态检测的实验结果吻合,说明芯棒护套与伞裙一样存在老化现象,也同时肯定了芯棒护套老化状态的检测是有必要有意义的。  本文的结果说明利用低场核磁共振检测复合绝缘子芯棒护套老化状态是可行的,对探索芯棒护套的老化机理和开展更精确的检测其老化状态的工作有一定的实用意义。
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