微波輻射計檢測絕緣子污穢的方法分析

【摘要】微波輻射計，即用以檢測物體微波輻射能量的儀器。因其自身不會發(fā)射信號，而只能被動接受各類物體所發(fā)出的輻射信號，因而很難被人類發(fā)現(xiàn)。微波輻射計具有優(yōu)良的保密性，且其體積較小，功耗和成本較低，在國內(nèi)外的應(yīng)用前景極為廣泛。文章基于上述背景，對微波輻射計檢測絕緣子污穢的方法展開了初步探討。

【關(guān)鍵詞】微波輻射計；絕緣子污穢；檢測方法

用微波輻射計來檢測絕緣子時，污穢自身的輻射特性是極為關(guān)鍵的一大因素。因污穢物有不同的復(fù)介電常數(shù)和輻射特性，我們在檢測絕緣子污穢時，通常會用到微波輻射計，進(jìn)而研究污穢的復(fù)介電常數(shù)特性?，F(xiàn)階段，有關(guān)污閃的研究大度是在實驗室內(nèi)進(jìn)行，國際上人工污穢的檢測方法已趨向于成熟；而在國外，則通常使用固體層法與鹽霧法來提取標(biāo)本污穢物。文章將對微波輻射計測量污穢物的介電常數(shù)、輻射特性等展開進(jìn)一步論述。

一、微波輻射測量的基本原理

“輻射測量學(xué)”（Radiometry）即非相干輻射電磁能量的檢測，微波輻射測量學(xué)（Microwave radiometry）則是處于微波頻段內(nèi)非相干輻射電磁能量測量的一項檢測技術(shù)。在微波輻射測量過程中，微波輻射計發(fā)出的電壓信號，經(jīng)定標(biāo)核算后，獲得的都是額定工作頻率、天線指向與極化的真實數(shù)據(jù)。測量地物微波輻射特性時，通常需要了解地物的亮度溫度，而后以微波輻射測量原理為指導(dǎo)，分析和研究微波輻射測量的天線系統(tǒng)及其內(nèi)在關(guān)系。

二、污穢絕緣子運行狀態(tài)特征量與污穢等級劃分

（一）等值附鹽密度。等值附鹽密度（ESDD），即以絕緣子表面上污穢中導(dǎo)電物質(zhì)的含量Nacl（單位為cm2），即等值鹽密。測量等值附鹽密度的方法通常為：用蒸餾水將瓷表面的污穢物清除，用相應(yīng)的儀器來檢測污穢溶液的鹽密值。等值鹽密可直接觀察到污穢程度，而無需考慮周邊溫度、實驗設(shè)備及電壓等因素影響，相對而言較為直觀。一直以來，國內(nèi)測量污穢度的方法大多是采用等值鹽密測量法，而后根據(jù)實際的測量結(jié)果，來評定污穢等級，并定期清掃現(xiàn)場設(shè)備。在干燥區(qū)域內(nèi)，雖然實際測量到的的鹽密值較高，不過其并不會影響絕緣子的絕緣性能；而在陰雨地區(qū)，盡管實際測量的等值鹽密較小，但絕緣水平卻有可能會降低。

（二）污穢等級劃分。運用微波輻射計來測量絕緣子污穢程度時，天線溫度與等值鹽密相對應(yīng)，而后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的等值鹽密來對污穢等級進(jìn)行劃分，這便是我們所說的用微波輻射計檢測和劃分污穢等級。與此同時，微波輻射計還可有效檢測出設(shè)備表面的積污速度、每年在各個季節(jié)及氣象狀況下的最高污穢程度及發(fā)展態(tài)勢，緩解現(xiàn)場飽和鹽密的檢測問題，為科學(xué)配置設(shè)備外絕緣爬距比提供有效參考。此外，微波輻射計測量污穢，還能及時統(tǒng)計某個時期內(nèi)的污穢情況，以幫助現(xiàn)場人員采取有效的防治措施。

三、微波輻射計檢測絕緣子污穢的方法

（一）測量理論基礎(chǔ)。測量線（開槽線），是一種傳統(tǒng)微波測量儀器，通常為傳輸線結(jié)構(gòu)，包含同波導(dǎo)或是同軸線兩大部分。波導(dǎo)法，即將填充介質(zhì)試樣的波導(dǎo)段作為傳輸系統(tǒng)的組成部分，用以檢測其復(fù)介電常數(shù)，一般使用終端短路法。根據(jù)介質(zhì)波導(dǎo)傳輸線理論，當(dāng)短路波導(dǎo)的尾端用介質(zhì)試樣填充時，在介質(zhì)試樣輸入端面可得出下列阻抗關(guān)系式：

上式中，γ代表介質(zhì)試樣波導(dǎo)段中的傳播常數(shù)，即：

， 表示介質(zhì)試樣的長度， 代表空氣波導(dǎo)中未填充介質(zhì)的相位常數(shù)，也就是， 代表輸入駐波比（介質(zhì)試樣段）， 表示波導(dǎo)波長， 表示由駐波節(jié)點到介質(zhì)試樣輸入端面的間距。

（二）測量方法。因被測污穢物具有很高的電導(dǎo)率，且其損耗較大，測量時樣品長度容易產(chǎn)生明顯誤差，因而筆者在測量時選用了長樣試法。其測量原理在于：將樣品適度做長，從而消耗入射到樣品中的大部分微波能量，以減少輸入端的反射能量，在該種形勢下，我們也可認(rèn)為樣品“無限”長，測量步驟也就變得相對簡單，介電常數(shù)的公式如下：

代表試樣輸入端面與最近駐波最小點間的距離， ，Dr代表空波導(dǎo)測量線上駐波點的參考面，Dε代表線駐波點的測量位置，選擇相應(yīng)的n值，確保D<半波長，即可獲得 。

（三）實驗測量與分析。因本文的研究重點在于污穢含水含鹽量和復(fù)介電常數(shù)間的關(guān)系，污穢制取時應(yīng)先配置濃度適當(dāng)?shù)穆然c溶液（比例為NaCl0.5g、1g、2g與3g，4g，水5ml、10ml、15ml及20ml），而后伴之以10g硅藻土，得出鹽分與含水量不同的污穢樣品。通過分析和研究所制取的樣品，得出污穢水分與介電常數(shù)、污穢含鹽量與介電常數(shù)虛部間的關(guān)系，如下圖所示。

四、結(jié)論

利用微波輻射計來檢測絕緣子的污穢程度，這是電力系統(tǒng)中微波技術(shù)的另一大應(yīng)用。然而，該項技術(shù)還處于應(yīng)用初期，理論與實踐方法都還不夠成熟，微波輻射計在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究和推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1]嚴(yán)璋.電氣絕緣在線檢測技術(shù).北京：水利水電出版社，2008.

[2]施倩.脈沖電流法檢測不良絕緣子分辨率的研究.高電壓技術(shù)，2011，4(3):44～46.

作者簡介：郭淑貞，1978年5月，女，籍貫：山東省梁山縣，漢，職稱：高級工程師，研究方向：電力電子技術(shù)，單位：湖南水利水電職業(yè)技術(shù)學(xué)院電力工程系 。