唐志國(guó)，李陽(yáng)

（華北電力大學(xué) 高電壓與電磁兼容北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 102206）

0 引言

復(fù)合絕緣子因其體積小、質(zhì)量輕、絕緣性能好、機(jī)械強(qiáng)度高、防污閃能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[1-4]在我國(guó)電網(wǎng)中應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已經(jīng)成為主流的選擇。但隨著運(yùn)行年限的增加，環(huán)氧樹(shù)脂芯棒分解產(chǎn)生的氣體使得硅橡膠護(hù)套內(nèi)部出現(xiàn)氣隙缺陷，而復(fù)合絕緣子又處在惡劣的外界環(huán)境下，受到熱脹冷縮機(jī)械應(yīng)力的作用和制作工藝水平的影響，使復(fù)合絕緣子的硅橡膠護(hù)套內(nèi)部產(chǎn)生裂紋從而損壞。這些問(wèn)題使得內(nèi)部芯棒與外界空氣相接觸，導(dǎo)致芯棒碳化腐朽進(jìn)而斷串，發(fā)生嚴(yán)重的電力系統(tǒng)事故[5-6]。近年來(lái)，我國(guó)多地發(fā)生了這類事故，對(duì)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了很大的威脅。

目前用于檢測(cè)絕緣子較為成熟的方法有觀察法、紅外檢測(cè)法、紫外檢測(cè)法等[7-11]。觀察法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，爬塔很不安全；紅外檢測(cè)法一般用于檢測(cè)絕緣子的局部發(fā)熱狀況；紫外檢測(cè)法一般用于檢測(cè)絕緣子表面的局部放電。復(fù)合絕緣子內(nèi)部氣隙、裂紋缺陷比較隱蔽，產(chǎn)生時(shí)溫度變化不明顯，且在低場(chǎng)強(qiáng)區(qū)沒(méi)有放電現(xiàn)象，是現(xiàn)有檢測(cè)手段的盲區(qū)。

在無(wú)損檢測(cè)領(lǐng)域，微波反射無(wú)損檢測(cè)是目前一種新穎的檢測(cè)復(fù)合絕緣子內(nèi)部缺陷的方法。清華大學(xué)王黎明等[12-14]通過(guò)搭建微波檢測(cè)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和CST仿真驗(yàn)證了微波反射法檢測(cè)絕緣子的可行性。近些年隨著研究的推進(jìn)，太赫茲波光譜檢測(cè)技術(shù)成為一種受歡迎的檢測(cè)方法。太赫茲波是一種電磁波，其頻率為0.1～10 THz，在安防、航空、軍事、生物、材料等諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[15-17]。電網(wǎng)中的設(shè)備常使用復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)電氣絕緣，太赫茲電磁波在這些電介質(zhì)中傳播時(shí)衰減較小，準(zhǔn)直性強(qiáng)，而且太赫茲波波長(zhǎng)很短，在成像可視化方面具有較高的分辨率，具有很高的工程應(yīng)用價(jià)值。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究人員利用太赫茲波摸索了無(wú)損檢測(cè)技術(shù)，在電纜的檢測(cè)中，R SATO等[18]通過(guò)分析太赫茲波的反射信息，使微米級(jí)的電樹(shù)枝和水樹(shù)枝缺陷變得可視化；M KOMATSU等[19]利用太赫茲波時(shí)域成像和光譜測(cè)量對(duì)電力電纜金屬屏蔽層的腐蝕缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，具有一定的可行性；S TAKAHASHⅠ等[20]使用太赫茲反射波對(duì)絕緣聚合物屏蔽的銅纜斷絲缺陷進(jìn)行了成像；謝聲益等[21]利用太赫茲波成像實(shí)驗(yàn)直觀地觀測(cè)到氣隙缺陷，證明了基于太赫茲時(shí)域光譜（THz-TDS）系統(tǒng)對(duì)XLPE隱藏氣隙缺陷無(wú)損檢測(cè)的新方法的可行性。在變壓器檢測(cè)中，S B KANG等[22]通過(guò)太赫茲時(shí)域光譜檢測(cè)發(fā)現(xiàn)老化前后礦物絕緣油的太赫茲響應(yīng)具有明顯差異，可以作為一種診斷技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)變壓器絕緣狀況；WANG L等[23]初步證明太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)能夠有效評(píng)價(jià)礦物絕緣油的狀態(tài)；李猛[24]將太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)方法相結(jié)合對(duì)變壓器絕緣油進(jìn)行分析。在復(fù)合材料缺陷檢測(cè)中，ⅠS LEE等[25]使用太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)對(duì)纖維素紙板進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，確定了電介質(zhì)的完整性，得出了內(nèi)部絕緣強(qiáng)度；郭小弟等[26]通過(guò)透射式THz-TDS系統(tǒng)和返波振蕩器（BWO）成像系統(tǒng)對(duì)玻璃纖維樣品缺陷進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，提取樣品分層缺陷的太赫茲時(shí)域光譜，進(jìn)而判斷缺陷特征。上述無(wú)損檢測(cè)能力，使得太赫茲反射成像技術(shù)可以應(yīng)用于復(fù)合絕緣子硅橡膠的檢測(cè)，當(dāng)復(fù)合絕緣子界面存在缺陷時(shí)，太赫茲反射波會(huì)發(fā)生明顯變化，可以此作為缺陷診斷的依據(jù)[27]。另外，太赫茲波在電介質(zhì)材料中具有良好的穿透性，可以從其反射波的時(shí)域或者頻域信號(hào)中提取到與缺陷特征相關(guān)的信息[28-30]。因此，太赫茲波成像檢測(cè)技術(shù)成為檢測(cè)復(fù)合絕緣子硅橡膠內(nèi)部缺陷的研究熱點(diǎn)。

1 介質(zhì)中太赫茲波傳播理論

1.1 太赫茲波傳播特性分析

折射率、透射率、介電常數(shù)、吸收系數(shù)等是用于描述電磁波與物質(zhì)作用的重要物理量，借助于這些物理量可以清晰地分析電磁波在物質(zhì)中的傳播過(guò)程。L DUVⅠLLARET等[15]提出的太赫茲波傳播模型如式（1）所示。

式（1）中：E1(ω)為太赫茲波初始電場(chǎng)；E2(ω)為太赫茲波傳輸?shù)骄嚯xd后的電場(chǎng)；p(ω,d)為太赫茲波在介質(zhì)傳播過(guò)程中的傳播系數(shù)，其表達(dá)式如式（2）所示。

式（2）中：ω為電磁波頻率；d為太赫茲波在介質(zhì)中的傳播距離；c為光速；i為復(fù)數(shù)單位為復(fù)折射率，其計(jì)算如式（3）所示。

式（3）中：n(ω)為實(shí)折射率，代表樣本的色散程度；κ(ω)為消光系數(shù)，代表樣本的吸收特性。將傳播系數(shù)中的復(fù)折射率展開(kāi)后得到式（4）。

式（4）中：exp(-κ(ω)ωd/c)表征太赫茲波幅值進(jìn)行了衰減；exp(-in(ω)ωd/c)表征太赫茲波相位發(fā)生了變化。根據(jù)菲涅爾（Fresnel）公式可以計(jì)算出透射系數(shù)和反射系數(shù)，如式（5）所示。

式（5）中：t12和r21分別為太赫茲波在介質(zhì)中傳輸?shù)耐干湎禂?shù)與反射系數(shù)；n?1(ω)、n?2(ω)分別為太赫茲波在空氣和介質(zhì)中的復(fù)折射率；θ和β分別為太赫茲波的入射角與折射角。但是在一般情況下，太赫茲波在絕緣介質(zhì)中傳播為弱吸收情況，即κ(ω)?n(ω)，因此在計(jì)算時(shí)可以用實(shí)折射率代替復(fù)折射率進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算，簡(jiǎn)化后如式（6）～（7）所示。

對(duì)于實(shí)折射率可以通過(guò)透射式太赫茲時(shí)域光譜的時(shí)延特性進(jìn)行計(jì)算，從而計(jì)算出透射系數(shù)與反射系數(shù)。通過(guò)式（1）、（2）、（4）的推導(dǎo)，可以得出：太赫茲波在介質(zhì)傳播時(shí)發(fā)生損耗，使得幅值下降的同時(shí)相位也發(fā)生變化。通過(guò)式（6）、（7）可以初步得出：絕緣介質(zhì)存在氣隙、裂紋缺陷的實(shí)折射率會(huì)發(fā)生變化，從而改變透射系數(shù)和反射系數(shù)，因此可以通過(guò)太赫茲波檢測(cè)絕緣介質(zhì)中是否存在缺陷。對(duì)于復(fù)合絕緣子，用于電壓等級(jí)為110 kV的絕緣子桿徑大概為30 mm，其結(jié)構(gòu)外部是一層硅橡膠護(hù)套，內(nèi)部是環(huán)氧玻璃芯棒，絕緣介質(zhì)厚度較大、層數(shù)較多，使用透射方式在傳播過(guò)程中需要透過(guò)多個(gè)交界面。每次穿過(guò)交界面時(shí)都會(huì)發(fā)生反射導(dǎo)致幅值衰減，使得太赫茲波透射信號(hào)較弱不易分析，此外，使用透射的方式需要在一側(cè)安裝發(fā)射探頭，另一側(cè)安裝接收探頭，操作不便捷。對(duì)于反射的方式可以在單側(cè)完成，信號(hào)幅值強(qiáng)度和可操作能力優(yōu)于透射模式，因此使用太赫茲波反射的方式檢測(cè)復(fù)合絕緣子的缺陷效果較好。

1.2 太赫茲波在復(fù)合絕緣子缺陷傳播分析

太赫茲波在復(fù)合絕緣子的傳播相當(dāng)于在A-B-A型的復(fù)合結(jié)構(gòu)介質(zhì)中傳播，A為空氣，B為硅橡膠。太赫茲波在完好硅橡膠中的理想傳播規(guī)律如圖1所示，其ε0和ε1分別為空氣和硅橡膠的介電常數(shù)。絕緣子硅橡膠中的氣隙、裂紋缺陷可以看成復(fù)合硅橡膠-空氣-復(fù)合硅橡膠的三層結(jié)構(gòu)，其理想傳播規(guī)律如圖2所示。

圖1 太赫茲波在完好硅橡膠中的理想傳播規(guī)律Fig.1 The ideal propagation law of terahertz wave in intact silicone rubber

圖2 太赫茲波在缺陷硅橡膠中的理想傳播規(guī)律Fig.2 The ideal propagation law of terahertz wave in defective silicone rubber

通過(guò)對(duì)比有無(wú)缺陷的硅橡膠中太赫茲波的傳播規(guī)律，可以看到太赫茲波在帶有氣隙、裂紋缺陷的硅橡膠傳播過(guò)程中多數(shù)經(jīng)歷了T2和T3兩個(gè)交界面，這兩個(gè)交界面代表了氣隙、裂紋前后表面，太赫茲波在此處發(fā)生反射，太赫茲反射波1由于光程的原因產(chǎn)生時(shí)間比其他情況下要短，幅值衰減小，且包含了內(nèi)部缺陷的信息，與無(wú)缺陷情況下的差異最為顯著，這是一個(gè)很明顯的特征；此外空氣的折射率小于復(fù)合硅橡膠材料，對(duì)于缺陷部分，空氣替代了絕緣介質(zhì)，使得其傳播光程縮短，從而使得太赫茲反射波的幅值和相位發(fā)生變化。

綜合上述分析，可以使用太赫茲波照射絕緣子，采集反射波的幅值、相位等特征參量信息，然后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及圖形構(gòu)建，從而以圖像的方式直觀地展現(xiàn)出復(fù)合絕緣子內(nèi)部的缺陷。

2 時(shí)域有限差分法（FDTD）及仿真

2.1 FDTD理論計(jì)算

在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，關(guān)于電磁波的計(jì)算方法并很多，通常分為時(shí)域方法、頻域方法和高頻方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步和理論的完善，由K S YEE提出的FDTD法逐漸成為一種較為成熟、應(yīng)用廣泛的方法。電磁波有電場(chǎng)和磁場(chǎng)兩個(gè)分量，F(xiàn)DTD法對(duì)這兩個(gè)物理量在時(shí)間維度和空間維度上采取交替抽樣的離散方式。每個(gè)電場(chǎng)物理量周圍有4個(gè)磁場(chǎng)物理量圍繞，同理每個(gè)磁場(chǎng)物理量周圍有4個(gè)電場(chǎng)物理量圍繞，應(yīng)用這種離散方式將含有時(shí)間變量的Maxwell方程轉(zhuǎn)化為一組差分方程，并以時(shí)間為變量按步長(zhǎng)推進(jìn)求解空間電磁場(chǎng)。這是一種時(shí)域求解的方法，其中時(shí)域Maxwell旋度方程為式（8）。

式（8）中：E為電場(chǎng)強(qiáng)度；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；Jm=σmH，其中σm代表磁導(dǎo)率，H代表磁場(chǎng)強(qiáng)度，將其代入式（8）并轉(zhuǎn)換為直角坐標(biāo)如式（9）所示。

在FDTD離散中如圖3所示的電場(chǎng)與磁場(chǎng)的排布方式就是所謂的Yee元胞。另外，電場(chǎng)與磁場(chǎng)以彼此間隔為半個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的時(shí)間抽樣方式交錯(cuò)抽樣，這樣設(shè)置會(huì)使Maxwell旋度方程經(jīng)離散處理解構(gòu)為顯式差分方程，以致在時(shí)間上迭代求解，從而得到式（9）的FDTD差分離散形式為式（10）～（11）。

圖3 Yee元胞Fig.3 Yee cell

這里得到了電場(chǎng)隨時(shí)間的變換關(guān)系，其他維數(shù)與參數(shù)的計(jì)算與計(jì)算流程類似。本文通過(guò)模擬電場(chǎng)與時(shí)間的關(guān)系，觀察平面采集電場(chǎng)幅值，以圖像的方式檢測(cè)內(nèi)部缺陷。

2.2 FDTD模擬仿真

本文模型仿真基于全波三維電磁場(chǎng)仿真（xfdtd）軟件，該軟件能夠自定義材料、波形、采集類型等。仿真的首要步驟是建立材料模型，文獻(xiàn)[31]給出了硅橡膠的介電常數(shù)、電導(dǎo)率等。為了能夠簡(jiǎn)化模型，更好地研究太赫茲波檢測(cè)絕緣子硅橡膠護(hù)套氣隙、裂紋缺陷的機(jī)理，本文建立如圖4所示模型，圓柱形狀的模型保留了復(fù)合絕緣子護(hù)套外觀弧形特點(diǎn)，左邊模型相當(dāng)于截取了具有缺陷的復(fù)合絕緣子硅橡膠保護(hù)套的一小部分，其實(shí)際為半徑為2 mm、高為4 mm的圓柱，圓柱的內(nèi)部設(shè)置一個(gè)半徑為0.5 mm、高為2 mm的小圓柱來(lái)模擬毫米級(jí)氣隙、裂紋缺陷，右邊為完好的硅橡膠模型。

圖4 硅橡膠仿真模型Fig.4 Silicone rubber simulation model

然后需要考慮太赫茲波源，太赫茲波源頻率的選取需要考慮缺陷的尺寸，本文氣隙裂紋缺陷為毫米級(jí)，為了能夠?qū)⑷毕莸某叽绾臀恢幂^為精確地展現(xiàn)出來(lái)，所用太赫茲波的波長(zhǎng)需要在1 mm以下，即頻率在0.3 THz以上，但由于FDTD法的限制，頻率越高劃分網(wǎng)格越多，占用計(jì)算資源越大，因此本文選取頻率為0.5 THz、幅值為1 V/m的平面高斯波為激勵(lì)源對(duì)模型進(jìn)行照射。為了更好地模擬絕緣子所處環(huán)境，給模型的6個(gè)面設(shè)置Absorbing吸收邊界和Berenger完全匹配層吸收邊界（PML）吸收類型，該邊界條件的關(guān)鍵點(diǎn)是在FDTD仿真區(qū)域內(nèi)形成一種特殊介質(zhì)層，以使入射波無(wú)反射地穿過(guò)分界面進(jìn)入PML層，其原理是在截?cái)噙吔缣帉㈦姶艌?chǎng)分量區(qū)域分裂，此處的波阻抗與相鄰介質(zhì)波阻抗完全匹配進(jìn)行吸收，從而實(shí)現(xiàn)絕緣子處在一個(gè)無(wú)限大的區(qū)域。

最后是電場(chǎng)幅值的提取和網(wǎng)格的剖分，為了更好地提取數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，該仿真在離模型中心2.5 mm處左側(cè)放置一個(gè)觀察點(diǎn)和一個(gè)觀察面，觀察點(diǎn)與缺陷的中心位于同一水平線，且觀察點(diǎn)在觀察面上，如圖5所示，觀察點(diǎn)用于展現(xiàn)太赫茲時(shí)域光譜圖，對(duì)比有無(wú)缺陷的電場(chǎng)幅值的變化，觀察面用于采集反射波的幅值對(duì)缺陷成像。時(shí)間步長(zhǎng)與網(wǎng)格大小有關(guān)，如式（12）所示。

網(wǎng)格剖分應(yīng)滿足庫(kù)倫法則（網(wǎng)格不能大于波長(zhǎng)的1/10），為了使時(shí)間步長(zhǎng)變小，計(jì)算結(jié)果更精細(xì)，使用亞網(wǎng)格對(duì)模型進(jìn)行二次剖分，剖分大小為0.025 mm，完整的仿真如圖5所示。

圖5 完整仿真圖Fig.5 Complete simulation diagram

3 仿真分析

為了對(duì)有無(wú)缺陷的兩種情況進(jìn)行對(duì)比，本文設(shè)置了兩組仿真，一組為完整模型，一組設(shè)置缺陷。本文1.2節(jié)已經(jīng)分析出，存在缺陷時(shí)，第一次太赫茲反射波的特征最為明顯，因此根據(jù)這一特征進(jìn)行比較分析，觀察點(diǎn)采集到的電場(chǎng)幅值均為從仿真開(kāi)始到發(fā)生圖2提到的太赫茲反射波1的情況，如圖6所示。

圖6 兩種情況太赫茲波譜圖像Fig.6 Two cases of terahertz wave image

在仿真中激勵(lì)源的設(shè)定位置為無(wú)限遠(yuǎn)處，平面波會(huì)穿過(guò)傳感器，因此在數(shù)據(jù)采集過(guò)程中有、無(wú)缺陷兩種情況均會(huì)出現(xiàn)第一個(gè)波峰A1的情況。隨著時(shí)間的推移，太赫茲波照射到絕緣子模型，在空氣-硅橡膠介質(zhì)交界面處發(fā)生反射和折射，太赫茲波折射進(jìn)入絕緣子模型內(nèi)部，太赫茲反射波被觀察點(diǎn)采集，這是有、無(wú)缺陷兩種情況下出現(xiàn)的第二個(gè)波峰A2，直到此時(shí)二者均無(wú)差異。太赫茲折射波在模型內(nèi)部繼續(xù)傳播，對(duì)于無(wú)缺陷的情況，太赫茲波不發(fā)生反射，觀察點(diǎn)采集不到電場(chǎng)，因此表現(xiàn)在圖6上是電場(chǎng)幅值接近于0且變化緩慢的曲線；對(duì)于有缺陷的情況，太赫茲波傳播到氣隙、裂紋缺陷時(shí)經(jīng)過(guò)硅橡膠-空氣介質(zhì)交界面并在此交界面進(jìn)行反射被觀察點(diǎn)采集，表現(xiàn)在圖6上為第3個(gè)波峰A3，此時(shí)絕緣子有、無(wú)缺陷情況下采集的電場(chǎng)幅值出現(xiàn)差異，如圖6虛線框所示。

為了便于分析，將觀察點(diǎn)采集的有、無(wú)缺陷電場(chǎng)幅值通過(guò)觀察面以圖像的方式展現(xiàn)出來(lái)。在圖6中，兩種情況下在第3個(gè)波峰時(shí)差異最為明顯，氣隙、裂紋缺陷的存在導(dǎo)致出現(xiàn)第3個(gè)波峰，因此在觀察點(diǎn)采集有無(wú)缺陷太赫茲波譜圖像出現(xiàn)典型差異的時(shí)刻，利用此處電場(chǎng)幅值的差異對(duì)幅值數(shù)據(jù)進(jìn)行處理成像，缺陷成像如圖7所示。圖7中成像的區(qū)域尺寸為4 mm×4 mm，圖中虛線框?qū)?yīng)實(shí)際缺陷的位置和尺寸。從定性上分析，通過(guò)對(duì)圖像觀察，太赫茲反射波清晰地表現(xiàn)出硅橡膠內(nèi)部的缺陷尺寸和位置，與模型缺陷幾乎吻合，只是在橫向上存在一些偏差。從定量上分析，缺陷的尺寸為2 mm×1 mm，圖像上缺陷的尺寸為1.94 mm×1.12 mm，其縱向誤差為6%，橫向誤差為12%。

圖7 缺陷成像Fig.7 Defect imaging

4 試驗(yàn)案例分析

文獻(xiàn)[32]利用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)絕緣子進(jìn)行了透射式檢測(cè)和反射式檢測(cè)，表明太赫茲時(shí)域光譜技術(shù)能夠檢測(cè)氣隙、裂紋缺陷，且反射探測(cè)方式的檢測(cè)效果要優(yōu)于透射探測(cè)方式。文獻(xiàn)[27]利用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)對(duì)含有人工氣孔的復(fù)合絕緣子試樣進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)分析太赫茲反射波時(shí)域幅值和與參考曲線的時(shí)延發(fā)現(xiàn)了缺陷。文獻(xiàn)[33]使用太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)（如圖8所示）對(duì)絕緣子蝕損缺陷進(jìn)行檢測(cè)，缺陷成像如圖9所示。該圖像是利用太赫茲反射時(shí)域波形波峰差值的平方和進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，形成二維的圖像，圖中紅色區(qū)域的貫穿帶狀表示缺陷，與實(shí)際相符，并且在數(shù)值分布上從中心向兩端遞減，不僅展現(xiàn)了缺陷的位置，還表明了絕緣子的缺陷嚴(yán)重情況。

圖8 太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)Fig.8 The THz-TDS system

圖9 缺陷成像Fig.9 Defect imaging

5 問(wèn)題分析與展望

5.1 現(xiàn)存問(wèn)題

由于太赫茲波穿透能力強(qiáng)、成像分辨率高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，基于太赫茲反射成像方式的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)成為絕緣子缺陷檢測(cè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，但其目前停留在實(shí)驗(yàn)室階段，將太赫茲反射成像技術(shù)應(yīng)用到工程上仍面臨一些問(wèn)題：

（1）探測(cè)距離與靈敏度問(wèn)題。運(yùn)行在高電壓條件下的絕緣子存在一個(gè)最低安全檢測(cè)距離，不同電壓等級(jí)絕緣子要求程度不同。根據(jù)調(diào)研結(jié)果，35 kV及以上電壓水平下安全距離至少4 m。目前太赫茲?rùn)z測(cè)絕緣子的研究處于初步階段，雖然方法體系已經(jīng)有了明確的思路，但卻受到了設(shè)備的限制，目前的試驗(yàn)研究主要在實(shí)驗(yàn)室條件下，缺乏現(xiàn)場(chǎng)研究，現(xiàn)場(chǎng)安全距離的檢測(cè)要求會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)有設(shè)備接收到太赫茲功率很低的問(wèn)題，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理難度加大，甚至?xí)邮詹坏教掌澐瓷洳ǎ沟脵z測(cè)的靈敏度嚴(yán)重下降。

（2）背景噪聲與成像問(wèn)題。運(yùn)行在高壓水平下的復(fù)合絕緣子，其周圍存在強(qiáng)烈的磁場(chǎng)和電場(chǎng)，除此之外，變電站和輸電線路處在一個(gè)露天的環(huán)境下，白天陽(yáng)光照射，這些因素均會(huì)干擾太赫茲波。而實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下，電場(chǎng)和磁場(chǎng)影響較小，光照強(qiáng)度較低，將實(shí)驗(yàn)室的檢測(cè)方法應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)可能會(huì)導(dǎo)致成像分辨率低的問(wèn)題，干擾較大時(shí)甚至?xí)蜎](méi)缺陷信號(hào)。

（3）缺陷類型與模式識(shí)別問(wèn)題?，F(xiàn)有的復(fù)合絕緣子太赫茲成像檢測(cè)方法依托太赫茲時(shí)域光譜系統(tǒng)，大部分利用有無(wú)缺陷時(shí)接收太赫茲時(shí)域反射波的幅值、相位及其數(shù)學(xué)變換關(guān)系或頻域波形頻譜特征作為特征量對(duì)缺陷成像，這只能觀察是否存在缺陷，無(wú)法判別缺陷類型從而采取有效保護(hù)措施。因?yàn)椴煌愋偷娜毕萜涮卣髁啃畔⒉煌?，成像效果也有顯著區(qū)別，所以現(xiàn)有研究缺乏依據(jù)對(duì)絕緣缺陷類型進(jìn)行識(shí)別。

5.2 展望分析

太赫茲反射成像技術(shù)檢測(cè)復(fù)合絕緣子硅橡膠內(nèi)部缺陷在學(xué)術(shù)上已有一些研究基礎(chǔ)，但為了更好地將該項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用到工程項(xiàng)目上，需要依據(jù)現(xiàn)存的問(wèn)題做以下研究：

（1）太赫茲裝置系統(tǒng)的功率和抗噪研究。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下探測(cè)距離較短，太赫茲系統(tǒng)的功率能夠保證反射波有效接收，但工程上高壓絕緣子存在安全距離，這就需要研制高功率的太赫茲系統(tǒng)保證帶有缺陷信息的反射波信號(hào)被有效接收；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下干擾光源較少，對(duì)太赫茲波探測(cè)產(chǎn)生的背景噪聲較小，但工程上復(fù)合絕緣子工作環(huán)境電磁環(huán)境復(fù)雜，陽(yáng)光直射，產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的背景噪聲，因此需要針對(duì)太赫茲反射成像系統(tǒng)研制降噪算法或是多次試驗(yàn)找尋一個(gè)受干擾影響最小的獨(dú)特的太赫茲頻段。

（2）缺陷類型識(shí)別研究。現(xiàn)有的太赫茲反射成像技術(shù)研究只能針對(duì)不同的缺陷將缺陷位置和尺寸以成像的方式展現(xiàn)出來(lái)，并不能做到缺陷類型的識(shí)別，即使檢測(cè)到缺陷，也無(wú)法判別缺陷類型從而采取有效保護(hù)措施，這就需要在成像的基礎(chǔ)上研制一個(gè)缺陷診斷方法，不同類型的缺陷（氣隙、裂紋、蝕損等）其反射波時(shí)域的幅值、相位或頻域頻譜存在差異，導(dǎo)致成像的特征量不同，因此可以建立一個(gè)完備的復(fù)合絕緣子缺陷類型對(duì)應(yīng)的特征庫(kù)，利用支持向量機(jī)（SVM）、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法依據(jù)特征量去識(shí)別缺陷類型，依據(jù)缺陷類型采取有效的保護(hù)措施。