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硅橡膠復(fù)合絕緣子因其優(yōu)良的憎水性和防污閃性能，近幾十年來在電力系統(tǒng)中得到大規(guī)模的應(yīng)用。然而硅橡膠復(fù)合絕緣子在實(shí)際運(yùn)行中面臨各種嚴(yán)酷環(huán)境，使得其極易在環(huán)境惡劣地區(qū)產(chǎn)生材料的老化劣化，導(dǎo)致絕緣子性能降低。尤其高海拔環(huán)境下，空氣稀薄，紫外線強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他地區(qū)，紫外輻射成為絕緣子老化的重要影響因素。

紫外線因其較短的波長和較大的光子能量，能夠使硅橡膠材料高分子聚合物的部分化學(xué)鍵斷裂，從而改變材料的理化特性，直接表現(xiàn)為絕緣子表面憎水性降低，發(fā)生龜裂、粉化、表面粗糙度增加等，使得閃絡(luò)電壓降低，容易引發(fā)電網(wǎng)故障，造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前對于高海拔強(qiáng)紫外線等嚴(yán)酷環(huán)境的外絕緣檢測，主要分為直接法和間接法。直接法一般有絕緣電阻法、電場測量法、脈沖電流法等。絕緣電阻法是通過測量泄漏電流實(shí)現(xiàn)的，然而泄漏電流會受到天氣、污穢程度等多種因素影響，測量準(zhǔn)確性會受到一定影響；電場測量法通過測量絕緣子串簡化電場模型的軸向電場分布，找出絕緣子的內(nèi)絕緣通導(dǎo)性故障；脈沖電流法通過測量絕緣子電暈脈沖電流來判斷其絕緣狀況。

直接法表現(xiàn)出來的明顯不足是測量效率較低，常需要工作人員登桿操作，十分不便，安全系數(shù)也不高。此時非接觸式在線監(jiān)測方法顯示出明顯優(yōu)勢。非接觸式主要包括紫外成像法、紅外成像法和X射線成像法等，這些方法仍存在一些缺陷，如紫外成像和紅外熱像是通過測量電、熱這種間接信號的特性來反映絕緣子狀態(tài)，且紫外成像必須在夜間進(jìn)行，不利于檢測的開展。因此，尋找一種更加便捷直接的非接觸、快速無損傷檢測硅橡膠材料老化的手段，對于維護(hù)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

高光譜技術(shù)將成像技術(shù)和光譜技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可以對紫外光、可見光、近紅外光和中紅外光區(qū)域的電磁波以多個連續(xù)細(xì)分波段進(jìn)行成像，具有很高的波譜分辨率，且同時包含圖像和光譜信息，對檢測對象建立波譜庫后，可對樣本直接進(jìn)行在線檢測而無需制樣，近年來不僅在遙感領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用，在工農(nóng)業(yè)乃至更多行業(yè)領(lǐng)域也展現(xiàn)了出了巨大的應(yīng)用潛力。

西南交通大學(xué)的研究人員運(yùn)用高光譜技術(shù)對人工紫外老化的硅橡膠絕緣片進(jìn)行檢測，采集不同老化狀態(tài)下原始圖譜數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理，結(jié)合傅里葉紅外光譜（FTIR）相關(guān)數(shù)據(jù)，分析不同老化程度對應(yīng)于高光譜譜線的響應(yīng)機(jī)制和特征變化，最后運(yùn)用深度極限學(xué)習(xí)機(jī)（DELM）算法，建立復(fù)合絕緣子表面老化程度評估模型并對樣本進(jìn)行老化程度劃分。研究結(jié)果給絕緣子表面老化狀態(tài)的在線檢測和評估提供了新方法和新依據(jù)。

圖1 紫外老化平臺示意圖

圖2 高光譜試驗(yàn)平臺模型室

在使用人工紫外加速老化試驗(yàn)箱對HTV硅橡膠樣品進(jìn)行加速老化試驗(yàn)，并用高光譜技術(shù)對加速老化后樣品的老化狀態(tài)進(jìn)行檢測，用DELM分類模型對老化樣品進(jìn)行評估后，西南交通大學(xué)的研究人員得到以下結(jié)論：

圖3 不同老化程度絕緣子預(yù)測結(jié)果

表1 算法效果比較

1）人工紫外加速老化試驗(yàn)箱可以較好地模擬高原環(huán)境長波紫外對樣品的影響，老化后樣品表面粗糙度增大、顏色逐漸加深以及變黑、硬度增大并出現(xiàn)裂紋。

2）樣本老化程度的不同反映在高光譜譜線上有顯著差異，最明顯的波段是代表C－H基團(tuán)三倍頻特征吸收帶的1150～1250nm和代表－OH二倍頻特征吸收帶的1400～1500nm，全波段反射率整體趨勢為隨老化時間增加而降低。

3）基于全波段數(shù)據(jù)的深度極限學(xué)習(xí)機(jī)分類模型可以實(shí)現(xiàn)對不同老化時長的復(fù)合絕緣子進(jìn)行表面老化程度的分類，準(zhǔn)確率可達(dá)96.67%，且訓(xùn)練速度快、泛化性好，為絕緣子老化狀態(tài)在線檢測提供了新思路。

以上研究成果發(fā)表在2021年第2期《電工技術(shù)學(xué)報》，論文標(biāo)題為“基于高光譜技術(shù)的復(fù)合絕緣子表面老化程度評估”，作者為張血琴、張玉翠、郭裕鈞、劉凱、吳廣寧。