[0001] 本发明涉及电力系统绝缘子污秽分析技术领域，尤其涉及一种基于超声波技术的绝缘子污秽成分分析方法。

[0002] 随着电力系统的不断发展，绝缘子作为电力系统中不可或缺的部分，其污秽问题成为影响电力系统运行稳定性的关键因素之一。绝缘子污秽不仅影响绝缘子的绝缘性能，还可能导致设备损坏、电力系统短路等严重问题。因此，准确、快速地分析绝缘子污秽成分，对于预防电力系统事故、确保电力系统安全运行至关重要。

[0003] 传统的绝缘子污秽分析方法主要包括化学分析、物理分析等手段，但这些方法存在分析周期长、操作繁琐、精度不高等问题。随着超声波技术的发展，超声波分离技术逐渐应用于颗粒分离领域，具有分离效率高、操作简便、无污染等优点。然而，目前尚未提出一种综合利用超声波分离技术与多种分析手段相结合的绝缘子污秽成分分析方法。

[0051] 下面将结合本发明实施例的附图、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付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。

[0052] 实施例1

[0053] 针对传统的绝缘子污秽分析方法存在分析周期长、操作繁琐、精度不高等问题，本实施例提供一种基于超声波技术的绝缘子污秽成分分析方法，该方法利用超声波分离技术，结合多种分析手段，能够实现对绝缘子污秽成分的高效、准确分析，是一种更为全面、快速和精确的绝缘子污秽成分分析方法，能够为电力系统的安全运行提供可靠的数据支持。

[0054] 如图1所示，该基于超声波技术的绝缘子污秽成分分析方法，具体包括以下步骤：

[0055] 步骤1：进行准备工作，将绝缘子污秽物样品与适量蒸馏水置于透明罐中，并确保样品能够均匀悬浮。

[0056] 其中，确保样品能够均匀悬浮可采用以下技术手段：使用搅拌器，在一定速度下不断搅拌液体，可以帮助样品在蒸馏水中均匀分散。或使用振动台等振动设备，增加样品与蒸馏水之间的接触，提高悬浮效果。

[0057] 步骤2：安装超声波发生器进行初始实验，确定合适的初始振幅，设置初始频率和超声波作用时间。

[0058] 如图2所示，此初始实验为后续的超声波分离提供了可靠的参数设置依据；由于较小的振幅导致颗粒沉降较慢，而较大的振幅则导致颗粒过度分散，难以形成明显的分离层次。

[0059] 在观察和比较不同振幅下的分离效果和多次试验验证后，确认一个最合适的超声波振幅作为30％的初始振幅，在使用20kHz的超声波进行分离时，使该幅值下大于100微米粒径的绝缘子污秽灰分具有稳定的分离效果，并且能够保持实验的准确性和可重复性。

[0060] 使用50kHz的超声波进行分离，可以在20％的初始振幅基础上进行适度的调整，观察颗粒的分离效果，特别注意10～100微米颗粒的分层情况；在10％的初始振幅基础上进行适度的调整，观察上层悬浊液澄清情况以及下方灰分沉降情况，获得小于10微米的绝缘子污秽灰分。

[0061] 步骤3：进行超声波分离过程：开启超声波发生器，根据预设方案依次设置不同频率和振幅，进行超声波分离，并记录超声波作用时间，以便后续分析和对比不同频率下的分离效果；

[0062] 该超声波分离过程三次进行，具体如下：

[0063] a)使用20kHz的超声波进行第一次分离，设定振幅为初始振幅的25～35％。

[0064] b)使用50kHz的超声波进行第二次分离，设定振幅为初始振幅的15～25％。

[0065] c)使用100kHz的超声波进行第三次分离，设定振幅为初始振幅的5～15％。

[0066] 步骤4：每次分离进行一定时间，观察超声波作用后的污秽悬浊液的澄清情况和颗粒的沉降速度。确定不同频率和振幅下的超声波作用效果以及初步判断是否成功分离了不同粒径的颗粒。

[0067] 步骤5：每次分离结束后，可以通过停止超声波作用，等待一段时间使得下层的颗粒沉降到底部；从底部取出各次分离后的颗粒样品，分别进行粒度分析，获得不同频率下分离出的颗粒的粒径分布数据并确认各次分离的颗粒粒径范围。

[0068] 粒度分析可采用激光粒度分析仪通过激光散射技术测量颗粒的粒径分布，记录不同频率下分离出的颗粒粒径分布数据。

[0069] 在粒度分析过程中，激光粒度分析仪输出的粒径分布数据通常以频率分布或累积分布的形式展示，包括各个粒径范围内的颗粒百分含量。通过数据分析软件，将粒度分析仪输出的数据转换为具体的粒径分布图表，例如频率分布曲线和累积分布曲线。对比不同频率下的粒径分布数据，可以确认各次分离的颗粒粒径范围。例如，20kHz、50kHz、100kHz超声波分离下的粒径范围分别为大于100微米、10至100微米和小于10微米。

[0070] 步骤6：取出三次分离后的澄清液，进行电导率测量，获取污秽盐分含量。

[0071] 步骤7：对不同粒径的灰分进行烘干与称重，并进行等值灰密度测量。

[0072] 步骤8：进行灰分能谱和XPS分析，确定灰分中元素的种类和化学状态：

[0073] 在进行灰分的能谱EDS和X射线光电子能谱XPS分析时，首先将灰分样品制备成适合分析的小块或薄片，并进行镀膜处理以提高导电性。利用扫描电镜SEM结合能谱仪EDS进行高倍放大观察和元素分析，确定灰分中元素的种类和相对含量，如：碳C、氧O、硅Si、铝Al、铁Fe、钙Ca等。随后，使用X射线光电子能谱仪XPS分析样品表面元素的光电子能谱，确定元素的化学状态，如：碳的不同结合状态C‑C、C‑O、C＝O和金属元素的氧化态，如Fe2+、Fe3+。

[0074] 进行灰分的色谱分析，揭示样品的有机和无机成分：

[0075] 进行灰分的色谱分析时，将灰分样品溶解或悬浮于适当的溶剂中，经过滤去除不溶性杂质。采用高效液相色谱仪HPLC和气相色谱仪GC，选择合适的色谱柱和流动相，分析样品中的有机成分和轻质无机成分。常见有机成分包括：脂肪酸、醇类、酚类等；无机成分包括：硅酸盐、铝酸盐、铁氧化物、钙盐、镁盐等。

[0076] 实施例2

[0077] 在实施例1的基础上，由于步骤6中进行电导率测量，获取污秽盐分含量；以及步骤7中进行等值灰密度测量过程中均需要对绝缘子表面所收集的污秽面积进行测量，常规测量无法保证测量准确性；特别是绝缘子下表面，由于绝缘子下表面为高低起伏结构，因此绝缘子下表面所收集的污秽面积更难准确测量；因此，本实施例在实施例1的基础上进行以下改进：

[0078] 步骤0：在绝缘子的上表面或下表面安装污秽采集区域划分组件，通过污秽采集区域划分组件确定污秽采集区域；在污秽采集区域内使用木刮刀刮取绝缘子污秽物，直至绝缘子表面污秽物刮取干净，漏出绝缘子原本表面颜色。

[0079] 针对绝缘子上表面进行污秽采集时，如图3所示，污秽面积采集辅助工具为一组金属条1，一组金属条1通过固定卡扣2安装于绝缘子3的铁帽4上。一组金属条1之间设有角度标尺，金属条1上形成有长度标尺；通过角度标尺可读取一组金属条1之间的角度n；通过长度标尺可读取金属条1至绝缘子3表面边缘处的长度l；一组金属条1之间形成V形绝缘子污秽采集区域7。

[0080] 针对绝缘子下表面进行污秽采集时，如图4所示，污秽面积采集辅助工具为一组链式结构单元5，链式结构5单元为柔性体，具有出色的适应性，能够在不损害绝缘子3表面的情况下通过自身的柔性变形使其底部贴合于绝缘子3下表面的高低起伏结构。一组链式结构单元5通过固定卡扣2安装于绝缘子底座6上；一组链式结构单元5之间设有角度标尺，链式结构单元5形成有长度标尺；通过角度标尺可读取一组链式结构单元5之间的角度n；通过长度标尺可读取链式结构单元5至绝缘子表面边缘处的长度l；一组链式结构单元5之间形成V形绝缘子污秽采集区域7。

[0081] 然后，按照实施例1中步骤1至步骤5进行相应操作。

[0082] 步骤6：取出三次分离后的澄清液，进行电导率测量，获取污秽盐分含量。

[0083] 具体的，首先从容器中取出分离后的澄清液，使用校准后的电导率测量仪进行电导率测量。将测量结果记录在数据表中，并转换到基准温度25℃，计算公式如下：

[0084]

[0085] 式中，σ25表示温度25℃时的体积电导率；σθ表示温度θ℃时的体积电导率；θ表示溶液温度。

[0086] 然后，通过电导率和盐分含量的关系公式计算污秽样品中的盐分含量，计算公式如下：

[0087] Sa＝(5.7σ25)1.03

[0088]

[0089] 式中，Sa为样品中的盐分含量；σ25表示温度25℃时的体积电导率；

[0090] ESDD表示等值盐密度；V表示蒸馏水体积，单位：mL；n为污秽面积采集辅助工具的角度；l为污秽面积采集辅助工具至绝缘子表面边缘处的长度。

[0091] 步骤7：对不同粒径的灰分进行烘干与称重，并进行等值灰密度测量。

[0092] 具体的，在进行等值盐密的测量后，准备干净烘干的滤纸收集污秽中的不溶物，对烘干滤纸附着污秽后的质量与烘干滤纸未附着污秽前的质量作差，进行灰密测定，计算公式如下：

[0093]

[0094] 式中，NSDD表示附灰密度，单位：mg/cm2；Wf表示干燥条件下含污秽滤纸的重量，单位：g；Wi表示滤纸的初始重量，单位：g；n为污秽面积采集辅助工具的角度；l为污秽面积采集辅助工具至绝缘子表面边缘处的长度。

[0095] 综上所述，该基于超声波技术的绝缘子污秽成分分析方法，通过超声波分离技术对绝缘子污秽样品进行粒度分选和分离，结合电导率测量、离子色谱分析、能谱及XPS分析、色谱分析等多种分析手段，提供全面的绝缘子污秽成分分析结果，解决现有技术中分析效率低、结果不准确的问题，为电力系统设备的维护和管理提供科学依据，保障电力系统的长期稳定运行。

[0096] 以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。