图1 硅橡胶老化微波检测原理
Fig.1 Microwave aging detection principle of silicone rubber
摘要 该文提出了基于微波透射法的复合绝缘子硅橡胶老化检测数值模拟方法，开展了硅橡胶材料微波检测试验，验证了数值模拟方法的有效性；根据老化规律定义了硅橡胶不同老化状态，通过矩形波导固定扫频检测，分析了透射系数S21幅值的变化规律，确定了最佳检测参数；采用波导移动扫描方法，研究了微波对硅橡胶局部老化程度和位置的检测效果；通过实际10 kV复合绝缘子局部老化微波无损检测，进一步验证了该方法的有效性。研究结果表明：硅橡胶不同老化状态下，S21幅值有明显差异；当提离距离为6 mm、检测频率为4.17 GHz时，通过ΔS21幅值大小及幅值变化区域可有效识别硅橡胶的老化程度和位置。该研究对于复合绝缘子老化状态的无损检测具有重要意义。
关键词：复合绝缘子 硅橡胶 微波透射法 老化检测 散射参量
复合绝缘子因其防污闪能力强、绝缘性能好、机械强度高等优点被广泛应用于电力系统[1-5]。运行中的复合绝缘子由于长时间受到复杂环境因素的影响，其伞裙部位的硅橡胶材料会产生老化现象，导致绝缘性能降低、机械强度减弱，从而引发输电线路闪络事故，危及电网运行安全[6-11]。因此，针对复合绝缘子硅橡胶的老化问题，提出有效的检测方法具有重要的实际意义。
目前，国内外针对复合绝缘子硅橡胶伞裙的老化检测已取得了较多研究成果。文献[12]通过试验验证了静态接触角法检测硅橡胶老化的有效性；文献[13]通过红外热像仪分析复合绝缘子发热情况，从而达到检测老化的目的；文献[14]采用扫描电镜分析等方法，对比研究硅橡胶伞裙材料老化后微观形貌的参数，实现了对其老化状态的评估；文献[15]采用热重分析法对比研究湿热老化后的参数，实现了老化状态的量化评估；文献[16]通过试验发现热刺激电流法可有效反映伞裙老化状态；文献[17]通过开展复合绝缘子核磁共振试验，发现横向弛豫时间和波峰面积等参量可以反映硅橡胶的老化程度。综合而言，静态接触角法能够较精准地表征复合绝缘子的憎水性能，但局限于其严格的测试条件，且不适合现场使用；红外热像法可实现在线检测，但对轻度老化绝缘子的检测效果不佳；扫描电镜分析虽然可实现老化样品微观形貌的量化，但该方法实际应用较为不便；热重分析法和热刺激电流法可实现复合绝缘子老化的定量评估，但两者都不适用于硅橡胶伞裙的在线检测；核磁共振检测方法虽可评估绝缘子老化程度，但无法有效表征硅橡胶的轻度老化状态。
无损检测技术主要包括基于电学特性检测、高频检测和超声波检测等方法[18]。微波检测技术作为高频检测方法的一种，因其检测过程中无需表面接触、无需耦合剂，且能耗较低、穿透性强等特点[19]，在无损检测领域得以广泛应用，有良好的发展前景。文献[20-21]结合仿真及试验验证了通过微波反射系数幅值及相位差表征热涂层厚度的可行性；文献[22]对劣化瓷绝缘子进行微波检测试验，验证了微波透射法检测劣化瓷绝缘子的可行性；文献[19]通过不同类型缺陷复合绝缘子的检测试验表明，微波可对复合绝缘子内部的气隙和金属缺陷进行有效识别；文献[23]提出了基于微波反射法的复合绝缘子劣化检测方法，可有效识别绝缘子内部尺寸小于0.4 mm的缺陷；文献[24]利用微波反射法对复合绝缘子内部缺陷进行检测，试验结果表明该方法最小可识别深为0.3 mm、宽为4 mm的缺陷。可见，国内外关于微波检测技术的应用已取得了较多研究成果，而针对微波无损技术检测复合绝缘子硅橡胶伞裙老化的研究却鲜有报道。
因此，本文基于微波透射法，提出了复合绝缘子硅橡胶材料老化微波无损检测数值模拟方法，通过开展硅橡胶老化微波检测试验，验证了数值模拟方法的有效性；分析了硅橡胶不同老化程度下微波散射参量S21的变化规律，并通过开展实际10 kV复合绝缘子微波无损检测仿真，进一步验证了方法的有效性。研究可为复合绝缘子伞裙老化检测及评估提供新思路。
微波通过绝缘子时会在空气、硅橡胶等交界处发生透反射现象，其中透射信号的强度取决于介质介电特性的空间分布[23]。考虑到复合绝缘子曲率半径远大于微波波长，为尽可能地简化分析，将绝缘子简化成均匀介质层，通过微波透射率模型来说明绝缘子老化检测原理。
以均匀介质层模型为例进行分析，硅橡胶老化微波检测原理如图1所示。考虑到空气与硅橡胶都为非磁性材料，设置两者磁导率为μ0，介电常数分别为ε0、ε1。硅橡胶片厚度为d，其与外界空气间的两个接触面分别记为界面1和界面2。当微波以角度θi入射硅橡胶材料时，会在界面1处发生透射，形成透射角为θa的透射波，设入射波的电场强度和磁场强度分别为Ei和Hi，透射波的电场强度和磁场强度分别为Ea和Ha；微波在硅橡胶材料中以角度θb入射界面2，产生角度为θt的透射波，设界面2处入射波电场强度和磁场强度分别为Eb、Hb，透射波电场强度和磁场强度分别为Et、Ht，反射波电场强度和磁场强度分别记为Ec、Hc，其传至界面1时形成的入射波的电场强度和磁场强度分别为Ed和Hd，该入射波又会在界面1产生透反射，Er、Hr分别为界面1处反射波总的电场强度和磁场强度。理论上微波会在界面1和2产生多次透反射，因此，上述电场强度E和磁场强度H均表示微波在介质中经过多次透射和反射后的总效果。
图1 硅橡胶老化微波检测原理
Fig.1 Microwave aging detection principle of silicone rubber
不考虑微波在交界面的能量损耗，由其边界条件[25]可知
（1）
（2）
（3）
（4）
式中，E1、H1和E2、H2分别为界面1和2处的电场、磁场强度的切向分量；η0、η1分别为空气和硅橡胶的波阻抗，即有
（5）
设微波在透射硅橡胶后产生的相位差为δ1，则有
（6）
式中，ω为微波角频率。为简化后续公式表达，引入k0=cosθi/η0、k1=cosθb/η1，则有
（7）
进而可求出硅橡胶介质层的微波透射率τ为
（8）
初步分析可知，当复合绝缘子伞裙发生老化时，其介电常数的改变会对微波透射率造成影响，导致透射波强度改变，因而微波透射法可实现复合绝缘子老化状态的检测。
本文采用CST软件进行硅橡胶老化微波检测数值仿真，建立了数值仿真模型如图2所示。参考国际电工委员会标准选择型号为R48的矩形波导作为微波发射端口和接收端口，其内截面尺寸为47.549 mm×22.149 mm。波导水平放置于硅橡胶试样正中间位置，提离距离d1（波导与硅橡胶样品表面之间的距离）可调，发射端口产生并发射微波信号，接收端口接收载有硅橡胶老化情况信息的透射信号，对比老化前后透射系数S21幅值的差异，实现硅橡胶老化检测。
图2 数值仿真模型
Fig.2 Numerical simulation model
对图2所示模型进行网格剖分后，设置波导和硅橡胶的材料参数便可进行仿真计算。其中，波导材质为理想导体（Perfect Conductor, PEC）；而对于硅橡胶材料，需根据其不同老化状态设置相关参数。文献[13]在工频50 Hz情况下对不同湿热老化时长和投运10年的硅橡胶进行介电谱试验发现：随着老化时长的增加，其相对介电常数由4.32逐渐增大至7.35，介质损耗因数由4.06%逐渐增大至13.21%，且硅橡胶的介电参数可以作为其老化程度的判据。根据GB/T 20779.2—2007《电力防护用橡胶材料第2部分：电缆附件用橡胶材料》可知，未老化硅橡胶的相对介电常数一般介于2.5～3.5。由此，结合实际硅橡胶的相关参数，设置未老化情况下的硅橡胶材料参数见表1。
考虑到在CST软件仿真材料参数的设置中，可通过设置材料在中心频点处的介电特性参数，再由Debye散射模型对其离散形式的参数进行高阶拟合，得到整个频率段的复合介电常数，即仅需对所选频段的中心频率点的介电参数进行设置，下文所涉及的介电参量皆为5 GHz频率下的数值。
表1 硅橡胶材料参数
Tab.1 Material parameters of silicone rubber
参数数值 相对介电常数ε13.17 介质损耗因数tanδ0.015 导热系数λ/[W/(m·K)]0.27 比热容c/[J/(kg·K)]1 000 密度ρ/(kg/m3)1 150
仿真流程如图3所示，在波导背面添加微波激励，进行端口激励设置，作为输出的微波信号源；仿真所选微波频段为4～6 GHz，微波工作频率步长设置为0.01 GHz；设置开放边界条件，以模拟自由空间的理想环境。同时，在完成参数设置及仿真建模后，采用六面体网格划分原则求解麦克斯韦方程组。
图3 仿真流程
Fig.3 Flow chart of simulation
2.2.1 试验平台的搭建
微波无损检测试验平台与装置如图4所示，其主要组成部分为：射频矢量网络分析仪、矩形波导和波导支架。射频矢量网络分析仪作为微波信号源，支持300 kHz～8.5 GHz频段的微波传输；与仿真模型选用相同的R48型号矩形波导，其发射微波频段为4～6 GHz；支架主要用于固定波导，从而控制波导移动方式及位置。
图4 试验平台与装置
Fig.4 Test platform and device
考虑到试验可能存在的偶然性，为提高试验结果的准确度，选取四组同尺寸、未老化的硅橡胶试样进行重复性试验，试样尺寸均为100 mm×100 mm× 10 mm。矩形波导与试验样品之间的垂直距离（即提离距离）可根据需要进行调整，其扫描示意图如图5所示。
图5 波导扫描示意图
Fig.5 Schematic diagram of waveguide scanning
利用射频矢量网络分析仪作为微波信号源输出4～6 GHz固定频率段微波，并通过同轴电缆连接矩形波导①发射微波进行扫描，同时利用波导②端口接收其透射信号，可获得对应的透射系数S21。
2.2.2 仿真方法验证
将获得的四组S21曲线取平均值，得到仿真与试验的对比结果如图6所示。由图6可知，两者曲线的变化趋势及数值大小基本相同，其平均相对误差仅为1.52%。因此，仿真与试验结果具有较好的一致性，从而验证了本文微波检测数值仿真方法的有效性。
图6 仿真与试验结果对比
Fig.6 Comparison of simulation and test results
根据文献[26]可知，硅橡胶老化过程中，其分子链结构会发生一定的断链及热解聚反应等现象，产生的小分子及游离基易在电场中被极化，使得硅橡胶的相对介电常数会随着其老化程度的加深而逐渐增大；且老化后极化所产生的损耗会增大，即介质损耗因数会逐渐增大，而其分子断链后导致的链间空隙的增大，降低了极化的介电弛豫作用，在一定程度上使得介质损耗变化幅值较小。
结合微波在硅橡胶中的传播特性，其透、反射系数幅值主要取决于介电常数的分布情况[23]，因此，硅橡胶的相对磁导率均取1，通过设置不同的相对介电常数
和介质损耗因数tanδ来模拟硅橡胶的不同老化状态。文献[13]研究了复合绝缘子硅橡胶的湿热老化特性，参考其老化硅橡胶介电特性参数的实测数据，定义不同老化程度的硅橡胶参数见表2。
表2 不同老化程度硅橡胶参数
Tab.2 Parameters of silicone rubber with different aging degrees
老化程度tanδ(%) 未老化3.171.50 轻度老化3.912.63 中度老化4.653.75 严重老化5.394.88
为了分析微波对硅橡胶不同老化程度的检测效果，建立了图7所示计算模型，其中，硅橡胶尺寸为350 mm×150 mm，厚度保持10 mm不变。将矩形波导置于硅橡胶正中间位置，实现对样品的固定扫频；同时，可通过调整提离距离，由左至右水平移动波导，实现对样品的移动扫描检测。
图7 数值仿真模型
Fig.7 Numerical simulation model
3.2.1 提离距离的影响
微波无损技术的优点是不需要耦合剂且不接触被测样品表面，而微波在经过探头与被测物体间的空气时，会发生复杂的透反射现象。当提离距离较小时，微波在短间隙空间内会发生多次透反射从而干扰信号的接收，进而影响检测效果；而当提离距离较大时，微波能量衰减程度增大，导致检测精度下降。因此，有必要研究不同提离距离对硅橡胶老化检测效果的影响。
将波导固定于硅橡胶正中心位置，改变波导与硅橡胶间的提离距离，变化范围为0～8 mm，得到不同老化程度下的S21随频率的变化规律如图8～图12所示。由图8～图12可知，不同提离距离下，由于微波复杂的透反射特性，使得S21随频率的变化规律差异较大；但同一提离距离下，硅橡胶不同老化程度时获得的S21随频率的变化趋势基本一致。当提离距离为0（波导紧贴试样）时，虽然S21幅值差异较大，区分度较高，但不同老化程度下S21幅值变化规律及趋势基本相同。随着提离距离的增大，S21幅值逐渐减小，当提离距离为0～2 mm时，频率越高，衰减程度越小；而当提离距离为4～8 mm时，频率越高，衰减程度越大。当提离距离为4 mm时，不同老化程度的硅橡胶在4～4.6 GHz频段获得的S21幅值差异较为明显，当提离距离为6 mm时，在频率段4～4.4 GHz获得的S21幅值差异较大，且S21曲线均随老化程度的增加呈逐渐下移的趋势，即S21幅值逐渐减小，具有一定的规律性；而在高频段，由于微波的快速衰减，使得硅橡胶不同老化程度下获得的S21幅值无明显规律。当提离距离增大至8 mm时，微波衰减程度增大，不同老化程度下的S21幅值区分度有所下降。
图8 0 mm提离距离下的S21幅值
Fig.8 Amplitude of S21 at 0 mm lift-off distance
图9 2 mm提离距离下的S21幅值
Fig.9 Amplitude of S21 at 2 mm lift-off distance
图10 4 mm提离距离下的S21幅值
Fig.10 Amplitude of S21 at 4 mm lift-off distance
图11 6 mm提离距离下的S21幅值
Fig.11 Amplitude of S21 at 6 mm lift-off distance
图12 8 mm提离距离下的S21幅值
Fig.12 Amplitude of S21 at 8 mm lift-off distance
对上述不同提离距离下的S21幅值区分度进行分析，将未老化与严重老化的S21幅值作差，得到不同提离距离与ΔS21最大值的对应关系见表3。由表3可见，当提离距离为6 mm时，ΔS21最大（4.603 4 dB）。考虑到在实际应用过程中，提离距离过小会导致检测操作不便，过大的提离距离会降低检测精度。由上述分析可知，提离距离为6 mm时，微波对不同老化程度硅橡胶的区分度较好，且S21幅值的变化趋势较为规律，因此，后续仿真研究中将提离距离定为6 mm。
表3 不同提离距离下的ΔS21最大值
Tab.3 Maximum value of ΔS21 under different lift-off distances
提离距离/mm02468 ΔS21最大值/dB4.107 83.179 13.546 34.603 44.089 2
3.2.2 工作频率的影响
为直观地反映不同老化程度硅橡胶之间S21幅值的区别，并研究微波频率的检测效果，将硅橡胶未老化与三种老化程度下获得的S21幅值分别作差，得到ΔS21随频率的变化规律如图13所示。
图13 6 mm提离距离下的ΔS21幅值
Fig.13 Amplitude of ΔS21 at 6 mm lift-off distance
由图13可知，不同老化程度下ΔS21曲线的变化趋势基本一致。随着老化程度的加大，ΔS21变化幅度增大，曲线间的差值越大，说明对老化程度的区分效果越好。当微波工作频率为4.17 GHz时，轻度、中度和严重老化程度下的ΔS21均最大，因此，为了能更好地区分硅橡胶不同老化程度，确定4.17 GHz作为微波工作频率。
复合绝缘子实际运行条件下，硅橡胶可能会出现局部老化情况，因此，为了研究微波透射法对局部老化的检测效果，基于上述模型（图7），建立如图14所示局部老化仿真模型，其中硅橡胶中心为坐标原点。在原有未老化硅橡胶模型正中间位置设置局部老化区域，该区域尺寸为70 mm×30 mm，即老化区域水平范围Δx为-35～35 mm，具体如图14a所示。微波工作频率为4.17 GHz，波导提离距离保持6 mm，如图14b所示。波导沿水平轴线由左向右进行移动扫描检测，扫描范围为-175～175 mm，扫描间隔为10 mm。
图14 局部老化仿真模型
Fig.14 Simulation model of local aging
不同老化程度下获得的S21曲线如图15所示。由图15可知，S21幅值在硅橡胶边缘位置有明显波动，这是由于波导部分区域处于硅橡胶外侧，导致微波在边缘处发生复杂的透反射现象所致。在未老化区域，不同老化程度下的S21曲线近乎重合，幅值基本相同。对于未老化硅橡胶，中心区域（x = -75～75 mm）对应的S21趋近一条水平直线，幅值基本保持稳定。而在老化区域及其附近，S21幅值会随着局部老化加深而明显减小，且在老化中心位置（x=0）处达到最小；老化程度越大，老化区域对应的S21幅值越小，且不同老化程度下S21曲线的下降区域（凹陷）完全相同。因此，通过分析S21曲线幅值变化区域，可实现对局部老化区域的有效识别；对比分析S21的幅值变化大小，即可判定该区域的局部老化程度。
图15 不同局部老化程度下的S21幅值
Fig.15 Amplitude of S21 under different local aging degrees
为直观地反映硅橡胶不同老化程度之间的S21幅值差异，计算得到ΔS21的结果如图16所示。
图16 不同局部老化程度下的ΔS21幅值
Fig.16 Amplitude of ΔS21 under different local aging degrees
由图16可知，不同老化程度情况下ΔS21的变化趋势基本一致。当波导由试样边缘逐渐靠近局部老化区域边缘（x=±35 mm）时，ΔS21幅值由0 dB逐渐增大，且在靠近中心区域时，老化程度越大，其值变化速度越快、上升幅度越大；而在离开老化区域过程中，ΔS21幅值逐渐减小并趋于0。在老化区域中心的ΔS21幅值大小可反映局部老化程度，其值越大，说明老化程度越严重。通过分析ΔS21曲线幅值的变化区域可估算出老化区域大小。
综上所述，通过矩形波导对硅橡胶进行移动扫描检测，并分析S21和ΔS21幅值的变化情况，可实现硅橡胶局部老化程度的有效检测，从而弥补固定位置扫频检测的不足。
3.4.1 仿真模型及参数设置
为进一步验证该方法对实际复合绝缘子老化程度的检测效果，根据10 kV复合绝缘子几何参数建立如图17所示仿真模型。复合绝缘子模型总长度为150 mm，其中芯棒直径为14 mm，护套厚度为5.5 mm。伞裙和护套材料为硅橡胶，芯棒材料为环氧树脂。所采用的矩形波导与上述模型（图7）保持一致，并进行移动扫描，波导移动步长为3 mm。
图17 10 kV复合绝缘子仿真模型
Fig.17 Simulation model of 10 kV composite insulator
3.4.2 局部老化检测效果分析
在未老化复合绝缘子的基础上，设置1号伞裙老化，对其进行移动扫描，获得不同老化程度时 S21幅值变化如图18所示。
图18 1号伞裙不同老化程度下的S21幅值
Fig.18 The S21 amplitude of umbrella skirt1 under different aging degrees
由图18可知，1号伞裙在不同老化程度下，S21随扫描位置的变化规律及趋势基本一致。在复合绝缘子上端边缘位置和未老化区域，不同老化程度下的S21幅值曲线重合度较高，差值近似为0；在下端点边缘处，曲线具有一定区分度，这是因为该位置靠近老化区域，在微波透反射的作用下，导致其透射系数幅值变化。在老化区域（z=21～27 mm）及其附近位置，S21幅值会随着老化程度的加深而增大，曲线逐渐呈上移趋势，且不同老化程度下S21幅值的变化区域相同。因此，通过分析S21曲线幅值大小及变化区域，可实现对实际复合绝缘子伞裙局部老化状态的有效识别。
为获得微波检测复合绝缘子老化的机理，提取微波作用下硅橡胶内部电场强度和磁场强度的数值进行分析。将波导正对1号伞裙进行固频扫描，在1号伞裙内部的四个不同位置设置场强探针如图19所示，用于监测电场和磁场的变化情况。
图19 场强探针设置示意图
Fig.19 Setup diagram of field strength probe
当1号伞裙发生不同程度老化时，提取四个探针所在位置电场强度和磁场强度的平均值，具体结果见表4。
表4 电场强度和磁场强度
Tab.4 Values of electric field and magnetic field strength
1号伞裙老化程度电场强度均值/[dB(V/m)]ΔE(%)磁场强度均值/[dB(A/m)]ΔH(%) 未老化38.460 35.760 6 轻度老化37.317 12.975.591 12.94 中度老化36.473 02.265.460 72.33 严重老化35.126 23.695.297 52.99
由表4可知，当老化程度加深时，电场强度均值和磁场强度均值都逐渐减小；由中度老化变化至严重老化时，电场强度和磁场强度改变量ΔE、ΔH达到最大，分别为3.69%和2.99%；而当老化程度由轻度变化至中度时，电场强度和磁场强度改变量最小，分别为2.26%、2.33%。
由此说明，当绝缘子老化程度加深时，由于相对介电常数和介质损耗因数的增大，使得在微波作用下其内部电场强度和磁场强度数值均减小，进而导致微波透射参量发生变化。因此，通过分析透射参量的变化情况可实现对复合绝缘子老化状态的检测。
本文提出了复合绝缘子硅橡胶老化状态微波无损检测数值模拟方法，通过分析不同老化状态下散射信号S21幅值变化规律，得到如下结论：
1）提出了基于微波透射法的硅橡胶老化状态检测数值模拟方法，透射系数计算值与试验值平均相对误差为1.52%，验证了数值模拟方法的有效性。
2）不同提离距离下，S21随频率的变化规律差异较大；而在同一提离距离下，硅橡胶不同老化程度时获得的S21随频率的变化规律基本一致，但随着老化程度的加大，S21幅值曲线呈下移趋势。
3）通过矩形波导移动扫描检测，可实现硅橡胶老化位置及老化程度的检测；老化区域对应的S21幅值明显减小，且老化程度越大，S21幅值减小的幅度越大。
4）当10 kV复合绝缘子发生老化时，在微波作用下，其老化区域内部电场强度和磁场强度都会随着老化程度的增加而逐渐减小；硅橡胶由中度老化变化至严重老化时，其内部电场强度与磁场强度改变量最大，分别为3.69%和2.99%。
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Abstract Composite insulator has been widely used in power systems due to the advantages of strong anti-pollution flashover capability, good insulation performance and high mechanical strength. However, in long-term operation of composite insulator, under the influence of electro-thermal aging and complex external environment, the silicone rubber sheds of composite insulator will be aged, resulting in a decline in insulation performance, which will increase the risk of transmission line flashover trip. Hence, it is necessary to propose a method that can effectively detect the aging state of composite insulator.
Firstly, the aging detection principle of composite insulator silicone rubber shed based on microwave transmission method was described in detail, and the numerical simulation method for aging detection of silicone rubber based on microwave transmission method was proposed. Then the microwave detection test of silicone rubber material was carried out, and the effectiveness of numerical simulation method was verified by comparison of simulation and experimental results. Secondly, the numerical simulation analysis of microwave detection for silicone rubber models under different aging conditions was carried out. According to the aging law of composite insulator, the parameters of silicone rubber models with different aging states were defined. For the whole aging silicone rubber model, the fixed position scanning frequency detection by rectangular waveguide was conducted, and the variation of S21 (transmission coefficient) and ΔS21 amplitude under different aging degrees of silicone rubber was analyzed. The influence of lift-off distance and microwave operating frequency was studied, and the best fixed frequency detection parameters were determined. Thirdly, considering the actual insulator silicone rubber sheds have local aging condition, the local aging model of silicone rubber was built, and the detection effects of microwave on the local aging degree and position of silicone rubber model were studied by moving scanning method of waveguide. Finally, by establishing an actual 10 kV composite insulator simulation model, the local aging state was detected by the microwave transmission method, and the effectiveness of the method is further verified. At the same time, the mean values of electric field intensity and magnetic field intensity in the shed under different aging degrees were calculated, and the aging state detection mechanism of composite insulators based on microwave transmission method was obtained.
Through the above research and analysis, the results show that, when the aging degree of silicone rubber is different, the amplitude of S21 has obvious differences. When the lift-off distance is 6 mm and the microwave frequency is 4.17 GHz, the detection effect is better. With the deepening of the aging degree, the amplitude of S21 decreases and the amplitude of ΔS21 increases gradually. The aging degree and aging location of silicone rubber can be effectively identified by moving scanning detection of rectangular waveguide. For the actual 10 kV composite insulator, the local aging state can also be detected. When the insulator is aging, due to the increase of the relative dielectric constant and dielectric loss factor, the values of electric field and magnetic field intensity in the aging region decrease under the microwave action, thus leading to the change of microwave transmission parameters. Hence, the aging state of composite insulators can be detected by analyzing the change of microwave transmission parameters.
keywords：Composite insulator, silicone rubber, microwave transmission method, aging detection, scattering parameters
DOI:10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.L10017
中图分类号：TM931
国家自然科学基金资助项目（51807110）。
收稿日期 2023-01-13
改稿日期 2023-02-14
黎 鹏 男，1989年生，博士，副教授，研究方向为电力设备智能运维、电工装备多物理场分析。E-mail：lipeng_ctgu@163.com
普子恒 男，1987年生，博士，副教授，研究方向为超特高压输电技术、高压电器设备绝缘试验技术。E-mail：pzhdq@ctgu.edu.cn（通信作者）
（编辑 李冰）