專利名稱：變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變壓器固體絕緣診斷與壽命評(píng)估技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變壓器固體 絕緣老化程度的判斷方法。
背景技術(shù)：
變壓器是電力系統(tǒng)中的重要設(shè)備，一旦發(fā)生事故，則可能導(dǎo)致大面積停電，維修周 期長，維修費(fèi)用高且影響面廣。變壓器在使用了一定年限后由于各種原因會(huì)產(chǎn)生故障，最典 型的故障就是固體絕緣老化，固體絕緣在運(yùn)行過程中質(zhì)量逐漸下降，結(jié)構(gòu)逐漸損壞，最終導(dǎo) 致絕緣失效，電力設(shè)備不能繼續(xù)運(yùn)行。如果沒有提前判斷出絕緣老化的程度，將會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重 的后果。過去的10年中，在電力系統(tǒng)故障原因中，絕緣老化列在第二位。目前判斷固體絕緣老化的方法主要有張應(yīng)力測(cè)量、聚合度測(cè)量、DGA檢測(cè)法等。 上世紀(jì)早期出現(xiàn)了測(cè)量劣化絕緣紙張應(yīng)力的方法。1930年Montsinger提出一個(gè)判據(jù)，當(dāng) 絕緣紙的張應(yīng)力下降到新紙張應(yīng)力的50%時(shí)，設(shè)備便到達(dá)它的最終使用期限。該方法最為 直接，但存在取紙樣困難和測(cè)試結(jié)果的重復(fù)性欠佳等缺點(diǎn)。聚合度是直接反映了絕緣紙的 老化程度，聚合度的測(cè)量是重要的測(cè)定方法，七十年代出現(xiàn)了用粘度法測(cè)試絕緣紙聚合度
(Degree of pofymerization, DP)的方法，從 1974 年到 2007 年 IEC 出版物 IEC60450-
《電工用新紙和老化紙的平均聚合度的測(cè)量》在不斷更新，目前已經(jīng)比較完善了，用烏別洛 特粘度計(jì)測(cè)定紙溶液的比粘度，再用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出平均聚合度。這種方法克服了試驗(yàn)重 復(fù)性不好的困難，至今仍是評(píng)價(jià)絕緣紙老化程度較準(zhǔn)確的方法。但是，它仍然面臨必須停電 且典型紙樣難以采集等困難，而且在文中作者指出，測(cè)定聚合度，用到的粘度法中的動(dòng)力學(xué) 參數(shù)不可靠。應(yīng)用上述兩種方法診斷固體絕緣的老化狀況均要求變壓器停運(yùn)，而這是正常 供電所不希望的。DGA檢測(cè)主要檢測(cè)的是烴類氣體、CO和CO2，方法比較成熟，也可以根據(jù)結(jié) 果判斷出故障性質(zhì)，是一種比較好的方法，但是該方法不能單獨(dú)反映變壓器中固體絕緣的 老化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述不足，通過對(duì)在運(yùn)行變壓器油中糠醛濃 度和紙樣聚合度的分析，建立實(shí)際運(yùn)行變壓器油中糠醛濃度與絕緣紙聚合度的關(guān)系曲線， 為以后實(shí)用化應(yīng)用提供依據(jù)；建立一套完整的高壓液相分析油中糠醛濃度的方法；并應(yīng)用 已建立的糠醛分析方法，對(duì)在運(yùn)行變壓器進(jìn)行油中糠醛濃度分析，對(duì)這些變壓器的老化情 況進(jìn)行評(píng)價(jià)。提供一套完整的變壓器固體絕緣老化判斷方法，為預(yù)防故障，保障安全運(yùn)行提 供保障。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法，該方法依序包括以下步驟(1)配制糠醛溶液的梯度濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，用高效液相色譜法對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行 檢測(cè)，以糠醛色譜峰面積為橫坐標(biāo)，糠醛濃度為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線I ；
(2)取實(shí)際電網(wǎng)變壓器中的至少5個(gè)不同絕緣紙樣品，進(jìn)行高效液相色譜檢測(cè)，根 據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線I得出各個(gè)樣品中糠醛濃度；(3)采用步驟(2)中同樣的絕緣紙樣品，分別測(cè)定其含水量H，計(jì)算干紙濃度C， 另外取樣進(jìn)行脫脂、溶解后測(cè)量其比粘度，根據(jù)Martin經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出絕緣紙樣品的聚合 度；(4)以步驟(3)得到的絕緣紙樣品的聚合度為橫坐標(biāo)，以步驟(2)得到的糠醛濃度 的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線II，得出糠醛濃度與絕緣紙聚合度的關(guān)系；(5)對(duì)于未知樣品，測(cè)出糠醛濃度，根據(jù)步驟(4)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線II得到絕緣紙聚合 度，根據(jù)IEC60450標(biāo)準(zhǔn)以判斷變壓器固體絕緣老化程度。本發(fā)明的方法中高效液相色譜條件為采用C18反相柱，紫外檢測(cè)器，檢測(cè)波長定 為280nm，流動(dòng)相是體積比為30 70 50 50的甲醇-水系統(tǒng)，流速lmL/min，進(jìn)樣量 20 μ L0步驟(1)中糠醛溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度范圍是0. 01 4mg/L。步驟(3)的具體操作方法如下(a)取樣對(duì)浸漬過油的絕緣紙編號(hào)，分別用Soxlet抽提器使紙脫脂，分兩步進(jìn) 行，將苯與乙醇各IOOmL混合加熱到95 100°C，抽提6 10h，用200mL丙酮，加熱到70 80°C，抽提 6 IOh ；(b)溶解稱取一定重量紙兩份，分別放入兩各50mL小瓶內(nèi)，加入22. 5mLlM酮乙 二胺、22. 5mL水和少許玻璃球，用攪拌裝置攪拌8 IOh ；(c)測(cè)量流出時(shí)間用烏氏粘度計(jì)分別測(cè)出20°C時(shí)溶劑和溶液的留出時(shí)間；按式I 計(jì)算出比粘度η。，Vo=^Tjl---------------------------------------------------------1
h式中η?！^緣紙比粘度，、——溶液的平均留出時(shí)間，
t0——溶劑的平均留出時(shí)間；(d)絕緣紙含水量測(cè)量用稱量瓶稱取一定重量的試樣，放在烘箱內(nèi)烘干，然后再 稱量，按式II計(jì)算出紙中含水量，然后按式III計(jì)算出干紙濃度，
Tnl-TnloH -------------------------------------------------------II
ffiIO式中H——絕緣紙含水量，Hi1——試驗(yàn)在干燥前重量，m10——試樣干燥后的重量， Γ ^ m2xl00 1C = —-χ-----------------------------------------------------
45 \ + Η
——III式中m2—攪拌試樣的重量；(e)根據(jù) Martin 經(jīng)驗(yàn)公式 η。= [ η ]C. 10k[ η ]C，據(jù)已知的 nQ 值，取 k = 0.14 時(shí)，可得出[n]c值，則平均聚合度
式中α = 1 ;k = 7. 5Χ1(Γ3。本發(fā)明采用高效液相色譜儀檢測(cè)變壓器油中的糠醛濃度，利用油中糠醛濃度與絕 緣紙聚合度的關(guān)系，來判斷固體絕緣的老化程度；該方法只需抽取適當(dāng)油樣，操作方便，無 需停電，是非常實(shí)用的方法。此外，該方法給出了適合電網(wǎng)實(shí)際情況的糠醛濃度和聚合度的 關(guān)系曲線。


圖1是流動(dòng)相水和甲醇的比例分別為20 80,30 70,50 50時(shí)的糠醛的液相 色譜圖，其中流動(dòng)相比例為(a) 20 80，(b)30 70 (c) 50 50.圖2是流動(dòng)相比例為30 70時(shí)糠醛標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(6點(diǎn))。圖3是流動(dòng)相比例為30 70低濃度下糠醛標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(3點(diǎn))。圖4是流動(dòng)相比例為50 50時(shí)糠醛標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(6點(diǎn))。圖5是流動(dòng)相比例為50 50低濃度下糠醛標(biāo)準(zhǔn)曲線圖(3點(diǎn))。圖6河南焦作牛莊1號(hào)(3. 13，17097)(流動(dòng)相30 70)。圖7河南新鄉(xiāng)西郊2號(hào)(3. 12，10752)(流動(dòng)相30 70)。圖8河南濮陽堯舜2號(hào)(3. 26，284940)(流動(dòng)相30 70)。圖 9 河南 84. 8(3. 77，882548)(流動(dòng)相 50 50)。圖 10 河南 85. 11 (3. 78，10754)(流動(dòng)相 50 50)。圖 11 河南 93. 9 (4. 03，31201)(流動(dòng)相 50 50)。圖12實(shí)際變壓器油中糠醛濃度與絕緣紙聚合度關(guān)系。圖13油中糠醛濃度與聚合度測(cè)量值、不同預(yù)測(cè)公式值間的比較。圖14所采樣變壓器聚合度綜合情況。圖15未濾油變壓器糠醛濃度與運(yùn)行年限關(guān)系。圖16濾油變壓器糠醛濃度與運(yùn)行年限關(guān)系。圖17不同壽命預(yù)測(cè)公式比較。
具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說明，但并不以任何方式限制本發(fā)明。1.分析方法的確定(一 )糠醛分析方法的選擇(1)糠醛性質(zhì)糠醛是一種無色油狀液體，沸點(diǎn)159. 5 162. 5°C，易溶于醇或醚。變壓器油主要 由烷烴和少量芳香烴等非極性或弱極性化合物組成，所以可以用強(qiáng)極性的甲醇將變壓器油 中的糠醛萃取出來。用非極性反相的C18液相色譜柱作為固定相，甲醇和蒸餾水混合溶液 作為流動(dòng)相，當(dāng)油中各種組分流經(jīng)色譜柱時(shí)，由于固定相對(duì)不同物質(zhì)在色譜柱中擴(kuò)散速度 不同，從而可以將混合在一起的各種物質(zhì)分離。比較糠醛標(biāo)樣與油中各組分的出峰時(shí)間，可 以確定油中是否含有糠醛；比較糠醛標(biāo)樣及油中糠醛的紫外光吸收度，可以測(cè)定糠醛含量。
高效液相色譜法只要求樣品能制成溶液，不受樣品揮發(fā)性的限制，流動(dòng)相可選擇 的范圍寬，固定相的種類繁多，因而可以分離熱不穩(wěn)定和非揮發(fā)性的、離解的和非離解的以 及各種分子量范圍的物質(zhì)。與試樣預(yù)處理技術(shù)相配合，HPLC所達(dá)到的高分辨率和高靈敏度， 使分離和同時(shí)測(cè)定性質(zhì)上十分相近的物質(zhì)成為可能，能夠分離復(fù)雜相體中的微量成分。隨 著固定相的發(fā)展，有可能在充分保持生化物質(zhì)活性的條件下完成其分離。本發(fā)明采用高效 液相色譜儀進(jìn)行油中糠醛濃度分析。(2)分析儀器分析儀器采用日立L-7000高效液相色譜儀，由輸液系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)、檢 測(cè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成，其基本結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。采用C18反相柱，紫外檢測(cè)器，流動(dòng)相是甲醇與水(比例待定)，流速lml/min，根 據(jù)糠醛的最強(qiáng)紫外吸收波長為280nm，檢測(cè)波長定為280nm，進(jìn)樣量20 μ L。( 二)聚合度測(cè)量絕緣紙的強(qiáng)度是纖維素分子鏈平均長度的函數(shù)，而纖維素分子鏈的個(gè)數(shù)也稱為 “聚合度”，其值可以通過測(cè)量纖維素溶液的黏度而間接得到。絕緣紙的拉伸強(qiáng)度和纖維素 聚合度之間有較好的線性關(guān)系。新變壓器絕緣紙纖維素的聚合度大多在1000左右，運(yùn)行后 由于溫度、水分等因素的影響，纖維素發(fā)生降解，絕緣紙纖維素聚合度降低。因此變壓器絕 緣材料的聚合度DP是絕緣老化程度準(zhǔn)確、可靠、有效的判據(jù)。(1)聚合度計(jì)算I、計(jì)算出干紙濃度C(g/100mL)由紙中含水量·β = —----------------------------------------------
W10
-----II式中H——絕緣紙含水量Hi1——試驗(yàn)在干燥前重量m10——試樣干燥后的重量已知攪拌試樣為m2 (g)，則干紙濃度C為 r π m, xlOO 1 式中m2—攪拌試樣的重量II、比粘度 式中、——溶液的平均留出時(shí)間t0——溶劑的平均留出時(shí)間III、根據(jù) Martin 經(jīng)驗(yàn)公式 η。= [ η ]C · 10k[n]e，據(jù)已知的 ηQ 值，取 k = 0. 14 時(shí)， 可得出[n]c值，則平均聚合度
式中α = 1 ;k = 7. 5X 1(Γ3。5、研究結(jié)果及分析(一 )糠醛分析I、標(biāo)準(zhǔn)樣品配制(1)配制濃度為4、2、1、0· 2,0. 1,0. 01mg/L的梯度標(biāo)準(zhǔn)溶液；(2)已知分析純糠醛溶液的濃度為0. 99，密度為1. 16g/ml，將3. 48ml糠醛加入到 IOOml容量瓶A中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液濃度為4X 104mg/L ；(3)從A中取5ml溶液加入到50ml容量瓶B中，用甲醇加至刻度線處，所得秒標(biāo)液 濃度為 4X103mg/L;(4)從B中取5ml溶液加入到50ml容量瓶C中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液濃 度為 4X102mg/L;(5)從C中取5ml溶液加入到50ml容量瓶D中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液濃 度為 4X10mg/L;(6)從D中取5ml溶液加入到50ml容量瓶E中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液濃 度為4mg/L ；(7)從E中取12. 5ml溶液加入到25ml容量瓶F中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo) 液濃度為2mg/L ；(8)從F中取12. 5ml溶液加入到25ml容量瓶G中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo) 液濃度為lmg/L ；(9)從F中取5ml溶液加入到50ml容量瓶H中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液濃 度為 0. 2mg/L ；(10)從G中取5ml溶液加入到50ml容量瓶I中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液 濃度為0. lmg/L ；(11)從I中取5ml溶液加入到50ml容量瓶J中，用甲醇加至刻度線處，所得標(biāo)液 濃度為0. Olmg/L ；II、流動(dòng)相比例的確定用濃度為lmg/L的標(biāo)準(zhǔn)樣品作為研究對(duì)象，流動(dòng)相水和甲醇的比例分別為 20 80,30 70,50 50，譜圖如圖 1 所示。根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜圖可以看出，當(dāng)流動(dòng)相為20 80時(shí)，由于在配制標(biāo)樣時(shí)難 免會(huì)摻入雜質(zhì)，雜質(zhì)在2. 68分鐘時(shí)出峰，糠醛在2. 95分鐘時(shí)出峰，兩個(gè)出峰時(shí)間相隔太近， 而且從圖11中也可以看出兩個(gè)峰沒有完全分開，實(shí)際樣品中的雜質(zhì)更多，可能會(huì)影響糠醛 的正常出峰，因此在測(cè)量實(shí)際樣品時(shí)不采用這個(gè)流動(dòng)相比例。當(dāng)流動(dòng)相為30 70時(shí)，雜質(zhì) 在2. 65分鐘時(shí)出峰，糠醛在3. 12分鐘時(shí)出峰，兩個(gè)時(shí)間間隔明顯，峰分的比較開，糠醛的峰 左右兩邊基本對(duì)稱并且峰的曲線圓滑，出峰效果較好，在實(shí)際樣品的測(cè)量中可以采用這個(gè) 比例。當(dāng)流動(dòng)相比例為50 50時(shí)，可以看到糠醛峰有點(diǎn)拖尾，但整體效果還算可以，考慮 到實(shí)際樣品中成分復(fù)雜，這個(gè)流動(dòng)相比例糠醛出峰較慢，可以使樣品中的各個(gè)成分更好的 分離開，也可以產(chǎn)生很好的測(cè)定效果，因此可以根據(jù)實(shí)際情況采用這個(gè)比例。
II I、樣品預(yù)處理(1)取油樣3ml和甲醇3ml混合，這種比例所得的萃取率最高，為74% ；(2)在20°C恒溫振蕩器里振蕩6小時(shí)；(3)用離心機(jī)離心10分鐘，使萃取液和油分離；(4)用注射器抽取上層萃取液，并用有機(jī)濾膜進(jìn)行過濾，過濾后的液體可作為測(cè)定樣品。IV、測(cè)量標(biāo)樣，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線先用流動(dòng)相比例30 70進(jìn)行測(cè)定，得到6對(duì)峰面積和濃度的數(shù)據(jù)，作出線性圖如 圖2。線性方程為y = 1. 1962x-0. 3130R2 = O. 9659由圖2可以看到，當(dāng)峰面積很小時(shí)，糠醛濃度幾乎為零。將y = 0代入上面的公 式，得出此時(shí)x = 0. 26166，即峰面積為26166，當(dāng)峰面積小于26166時(shí)，就不能用以上的公 式了。所以本發(fā)明選取了前三個(gè)濃度較低的點(diǎn)(0.01mg/L、0. lmg/L、0.2mg/L)，做三點(diǎn)圖標(biāo) 準(zhǔn)曲線I (如圖3)，得出濃度較低時(shí)峰面積與糠醛濃度的關(guān)系曲線。線性方程為y = 0. 5281x-0. 0463R2 = 0.9834在這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)曲線公式中，將y = 0代入，χ = 0. 08767，峰面積為8767，當(dāng)測(cè)得的峰 面積小于這個(gè)數(shù)時(shí)，我們可以認(rèn)為糠醛含量相當(dāng)?shù)?，可以忽略不?jì)。再用流動(dòng)相比例50 50進(jìn)行測(cè)定，用相同的方法可以得出六點(diǎn)圖(圖4)，線性方 程為y = 0. 9766X-0. 2392R2 = O. 9752同理作出三點(diǎn)圖標(biāo)準(zhǔn)曲線1(圖5)，線性方程為y = 0. 401 Ix-O. 0046R2 = 1V、實(shí)驗(yàn)過程分析在使用高效液相色譜儀測(cè)量時(shí)，進(jìn)樣之后就要開始觀察譜圖的走勢(shì)，根據(jù)標(biāo)樣的 測(cè)定結(jié)果，我們可以知道糠醛的峰一般在三到四分鐘出現(xiàn)，如果在預(yù)計(jì)時(shí)間有峰，則應(yīng)該再 走相同的時(shí)間，使糠醛峰處在譜圖中位附近，方便調(diào)整峰面積，如果在預(yù)計(jì)時(shí)間沒有出峰， 就可以馬上停止這個(gè)樣的檢測(cè)，再進(jìn)一次樣，或者換流動(dòng)相比例。由于變壓器油中的成分很 復(fù)雜，含有很多雜質(zhì)，所以在停止走樣后不能馬上進(jìn)第二個(gè)樣，根據(jù)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，要用100 %甲 醇沖洗柱子20min，再走基線，等基線比較平穩(wěn)才可以進(jìn)第二個(gè)樣。一般基線在士 1之間波 動(dòng)為平穩(wěn)，但如果進(jìn)樣后發(fā)現(xiàn)糠醛的峰高也在1左右，則要保證基線在士0. 1之間波動(dòng)，總 之要使基線相對(duì)糠醛比較平。在處理譜圖時(shí)，往往需要手動(dòng)調(diào)整糠醛峰的底線，使底線與基線大體保持水平或 在同一條直線上，這樣就會(huì)產(chǎn)生一定的偏差，但這種偏差很小，對(duì)計(jì)算結(jié)果基本不影響。從
9以上的譜圖可以看出，當(dāng)糠醛的峰面積很大時(shí)，基線比較平，雜峰比較少；當(dāng)糠醛峰面積小 時(shí)，譜圖上就會(huì)出現(xiàn)很多雜峰，基線相對(duì)不平。在測(cè)定實(shí)際樣品時(shí)，往往不能一次就得出理想的譜圖，經(jīng)常需要改變流動(dòng)相的比 例，使得糠醛出峰效果最好，糠醛的峰與雜質(zhì)的峰分離效果最好。在后面實(shí)際油樣測(cè)量中， 就發(fā)現(xiàn)用流動(dòng)相比例30 70測(cè)定時(shí)，峰的分離效果不好，因此改用50 50，得到的譜圖效 果比較理想。同樣，在測(cè)量其他樣時(shí)，如果譜圖效果不是很好，也要進(jìn)行多種條件的測(cè)試，直 到達(dá)到理想的效果。在每次測(cè)量實(shí)際樣品之前，都要重新測(cè)定標(biāo)樣，確定出峰時(shí)間及標(biāo)準(zhǔn)曲線，但由于 以上樣品測(cè)量在較短時(shí)間內(nèi)完成，室溫、空氣濕度等條件基本相同，標(biāo)準(zhǔn)樣品的測(cè)量結(jié)果具 有較好的重現(xiàn)性，因此省略了測(cè)量標(biāo)樣的步驟。VI、檢測(cè)結(jié)果在記錄下譜圖中糠醛的出峰時(shí)間和峰面積的數(shù)據(jù)后，將峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線I方 程中，即可計(jì)算出相應(yīng)的糠醛濃度，再除以萃取率74%得到的數(shù)據(jù)就是實(shí)際變壓器油中糠 醛的含量。我們選取幾種典型的高效液相譜圖如圖6 圖11 :計(jì)算結(jié)果如下表表1樣品中糠醛含量(mg/L)

注油樣編號(hào) (二)聚合度測(cè)量I、測(cè)量步驟(1)取樣對(duì)浸漬過油的絕緣紙編號(hào)，分別用Soxlet抽提器使紙脫脂，分兩步進(jìn) 行。將苯與乙醇各IOOmL混合加熱到95 100°C，抽提6 10h，用200mL丙酮，加熱到70 80°C，抽提 6 IOh0(2)溶解稱取一定重量紙兩份，分別放入兩各50mL小瓶內(nèi)，加入22. 5mLlM酮乙 二胺、22. 5mL水和少許玻璃球，用攪拌裝置攪拌8 10h。(3)測(cè)量留出時(shí)間用烏氏粘度計(jì)分別測(cè)出20°C時(shí)溶劑和溶液的留出時(shí)間。(4)絕緣紙含水量測(cè)量用稱量瓶稱取一定重量的試樣，放在烘箱內(nèi)烘干，然后再 稱量，計(jì)算出紙含水量。
表3絕緣紙聚合度 (三)結(jié)果分析I、糠醛含量與聚合度的關(guān)系根據(jù)河南84. 8——95. 11等九個(gè)樣的糠醛含量和聚合度的測(cè)量結(jié)果，以聚合度為 橫坐標(biāo)，糠醛含量的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)，做標(biāo)準(zhǔn)曲線11(如圖12)由此得出油中糠醛含量與絕緣紙聚合度的關(guān)系In (Furan) = 1. 9953—0. 006DPV-------------------------------------------
——(1)相關(guān)系數(shù)R= 0. 9433式中Furan——油中糠醛含量，mg/L ；DPV——紙的聚合度?！峨娏υO(shè)備預(yù)防性實(shí)驗(yàn)規(guī)程》(DL/T596-1996)的修訂說明中指出“油中糠醛含量與 代表絕緣紙老化的聚合度之間有較好的線性關(guān)系”，其線性關(guān)系式為In (Furan) = 1. 51—0. 0035DPV--------------------------------------------
------(2)相關(guān)系數(shù)R= 0. 9657式中Furan——油中糠醛含量，mg/L ；DPV——紙的聚合度。表4不同預(yù)測(cè)公式的糠醛濃度與聚合度關(guān)系比較 其中DPV1-絕緣紙測(cè)量聚合度
實(shí)際取油樣89份，其中48份油樣中，糠醛濃度低于分析底限(0. 001mg/L)，根據(jù) 前面公式(1)這些變壓器中固體絕緣聚合度> 800，因此，這部分油樣數(shù)據(jù)在表5中沒有列
出ο根據(jù)IEC60450中提到的固體絕緣聚合度判據(jù)新紙1000-2000；較好:650_1000 ；一般:350_650 ；老化< 350。通常認(rèn)為Dpv2-公式(1)得出的聚合度Dpv3-公式(2)得出的聚合度從表4和圖14可看出聚合度測(cè)量值與公式(1)和(2)，在糠醛濃度較高時(shí)，非常 吻合。而在低糠醛濃度區(qū)，公式⑴和⑵間差別較大。應(yīng)該講，我們所得出的關(guān)系曲線，采 用的真實(shí)變壓器樣本，其中包含了已過熱損壞的變壓器；實(shí)際變壓器在運(yùn)行中，隨著負(fù)載變 化，繞組溫度會(huì)發(fā)生忽高忽低的變化，這就反映出變壓器固體絕緣會(huì)經(jīng)常承受溫度的變化 考驗(yàn)，目前還沒有研究者研究過固體絕緣承受溫度變化所表現(xiàn)出來的老化情況，我們認(rèn)為， 長期工作在溫度變化狀態(tài)下，對(duì)固體絕緣的壽命會(huì)造成不利影響，反映在具體參數(shù)上，就是 聚合度的降低；另外，標(biāo)準(zhǔn)中給出的曲線，通常是模擬實(shí)驗(yàn)得來的，實(shí)際運(yùn)行變壓器與實(shí)驗(yàn) 室模擬實(shí)驗(yàn)條件存在一定差異；因此說，我們所得出的公式(1)更加接近實(shí)際情況。II、所采樣變壓器老化分析表5變壓器油中糠醛濃度與聚合度分析表
(1)當(dāng)平均聚合度下降到500時(shí)，變壓器的整體絕緣處于壽命的中期；(2)當(dāng)平均聚合度下降到250時(shí)，認(rèn)為絕緣壽命終止。表6取樣分析變壓器固體絕緣老化評(píng)價(jià)(按實(shí)際取樣89臺(tái)計(jì)) III、變壓器運(yùn)行年限與糠醛濃度的關(guān)系 表8濾油變壓器運(yùn)行年限與糠醛濃度關(guān)系 數(shù)據(jù)選擇原則正常運(yùn)行的變壓器，繞組溫度不會(huì)超過設(shè)計(jì)值，固體絕緣的壽命應(yīng)大于設(shè)計(jì)壽命。 但即使在正常額定負(fù)載下運(yùn)行，同樣有溫度老化的存在。因此，針對(duì)我們所采油樣，可以得 出正常工作狀況下，油中糠醛濃度與變壓器運(yùn)行年限間的關(guān)系。為了正確反映這種關(guān)系，在 確定數(shù)據(jù)時(shí)，我們?nèi)サ袅擞忻黠@老化跡象的油樣數(shù)據(jù)和年限特別短的油樣數(shù)據(jù)；另一方面， 在表8中，我們可以發(fā)現(xiàn)，許多油樣的糠醛濃度為0. 005mg/l，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)不夠準(zhǔn)確，說明 糠醛濃度過低，超出了分析儀器的下限值，這里僅作為參考。由圖15可得出In (Furan) = -3. 007+0. 022T---------------------------------------------
——(3)相關(guān)系數(shù)R= 0.23式中Fur an-糠醛濃度mg/1T-年由圖28可得出In (Furan) =-5. 4029+0. 0147T-------------------------------------------
-------(4)相關(guān)系數(shù)R= 0.21
式中Fur an-糠醛濃度mg/1T-年從圖16、17可看出，有無濾過油，對(duì)變壓油中糠醛濃度影響極大，即使在相同運(yùn)行 年限下，如果變壓器濾過油，其糠醛濃度低了一個(gè)數(shù)量級(jí)。于是我們可以得到結(jié)論變壓器 經(jīng)濾油處理后，其油中糠醛濃度較正常老化數(shù)據(jù)低很多，即使對(duì)于已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重老化的變 壓器，單從糠醛濃度也無法反映出其老化程度。但需要注意的是比較未濾油變壓器老化公式(3)和濾油變壓器老化公式⑷可 看出，糠醛濃度對(duì)數(shù)的導(dǎo)數(shù)比較接近，這說明即使變壓器經(jīng)過濾油處理，濾油后，其糠醛濃 度的變化率保持不變。因此，有可能可以利用糠醛濃度變化率來判斷固體絕緣老化狀況。根據(jù)參考文獻(xiàn)(俞源海，張飚，變壓器油中糠醛含量與絕緣紙老化關(guān)系的研究，華 東電力，2002，11 16 18)提供的壽命預(yù)測(cè)公式為In (Furan) = -2. 648+0. 0946T----------------------------------------(5)式中Fur an-糠醛濃度mg/1T-年適用范圍Furan≥ 0. 07mg/l圖17給出了公式(3)、(4)和(5)的曲線，比較這三條預(yù)測(cè)公式曲線可看出(1) 我們所得出的未濾油和濾過油的曲線存在明顯差異，但兩條曲線的變化率接近。(2)參考 文獻(xiàn)(俞源海，張飚，變壓器油中糠醛含量與絕緣紙老化關(guān)系的研究，華東電力，2002，11 16 18)提供的壽命曲線變化率較大，在相同的使用年限下，糠醛濃度明顯偏高，因?yàn)樽儔?器通常的預(yù)期壽命在35-40年，使用該預(yù)測(cè)公式，還未達(dá)到預(yù)期壽命，變壓器就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重 老化(糠醛濃度l_2mg/l)。另一方面，考慮到設(shè)計(jì)余度，實(shí)際設(shè)計(jì)變壓器在壽命末期，固體 絕緣頂多處于老化中期。分析出現(xiàn)上述差異的原因(1)變壓器油經(jīng)過濾油處理后，所含糠醛被濾除；(2)我們所采油樣變壓器，通常都只工作在80%額定負(fù)載以下，繞組溫度達(dá)不到 額定運(yùn)行溫度，于是造成糠醛濃度偏低；(3)參考文獻(xiàn)(俞源海，張飚，變壓器油中糠醛含量與絕緣紙老化關(guān)系的研究，華 東電力，2002，11 :16 18)所提供數(shù)據(jù)包含了一些出現(xiàn)老化的變壓器數(shù)據(jù)，同時(shí)，其所采樣 變壓器可能經(jīng)常處于額定負(fù)載下運(yùn)行。鑒于上述原因，我們將公式(3)和公式(5)進(jìn)行平均，得出新的壽命公式In (Furan) = -2. 8275+0. 0583T-------------------------------------------
——(6)式中Fur an-糠醛濃度mg/1T-年適用范圍Furan ≥ 0. 06mg/l嚴(yán)格意義上講，上述公式與變壓器運(yùn)行時(shí)的負(fù)載情況也有關(guān)系，這需要進(jìn)一步采 集數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。IV、變壓器老化率與實(shí)際平均運(yùn)行溫度估算處于正常運(yùn)行的變壓器，由于固體絕緣的老化特性，變壓器油中糠醛濃度也會(huì)逐漸增加，一旦油中糠醛濃度異常增加，通過實(shí)際運(yùn)行年限和理論運(yùn)行年限的比較，同樣能說 明固體絕緣的老化。根據(jù)我們得出的公式(6)和變壓器油中實(shí)測(cè)糠醛濃度，可估計(jì)變壓器理論運(yùn)行年 限。相對(duì)老化率估算公式
---------(7)其中V-相對(duì)老化率θ n-繞組平均溫度98——額定負(fù)載和額定環(huán)境溫度下繞組熱點(diǎn)的正?；鶞?zhǔn)溫度假設(shè)以理論運(yùn)行年份為該變壓器的正常預(yù)期壽命，實(shí)際運(yùn)行年份為過熱時(shí)的壽 命，用正常預(yù)期壽命除以過熱時(shí)的壽命，可以分別計(jì)算出它們的老化率，再根據(jù)文獻(xiàn)中給出 的溫度與老化率的關(guān)系表可以計(jì)算出實(shí)際運(yùn)行的繞組熱點(diǎn)溫度(表12)。表12實(shí)際運(yùn)行的繞組熱點(diǎn)溫度 本發(fā)明為評(píng)估電網(wǎng)在運(yùn)行變壓器固體絕緣老化情況提供了一套完整的方法。并通
過對(duì)在運(yùn)行變壓器油中糠醛濃度的測(cè)量，最終估算出變壓器繞組熱點(diǎn)溫度，為評(píng)價(jià)變壓器 運(yùn)行狀態(tài)提供了一條思路。
權(quán)利要求
一種變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法，其特征在于該方法依序包括以下步驟(1)配制糠醛溶液的梯度濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，用高效液相色譜法對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行檢測(cè)，以糠醛色譜峰面積為橫坐標(biāo)，糠醛濃度為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線I；(2)取實(shí)際電網(wǎng)變壓器中的至少5個(gè)不同絕緣紙樣品，進(jìn)行高效液相色譜檢測(cè)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線I得出各個(gè)樣品中糠醛濃度；(3)采用步驟(2)中同樣的絕緣紙樣品，分別測(cè)定其含水量H，計(jì)算干紙濃度C，另外取樣進(jìn)行脫脂、溶解后測(cè)量其比粘度，根據(jù)Martin經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出絕緣紙樣品的聚合度；(4)以步驟(3)得到的絕緣紙樣品的聚合度為橫坐標(biāo)，以步驟(2)得到的糠醛濃度的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線II，得出糠醛濃度與絕緣紙聚合度的關(guān)系；(5)對(duì)于未知樣品，測(cè)出糠醛濃度，根據(jù)步驟(4)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線II得到絕緣紙聚合度，根據(jù)IEC60450標(biāo)準(zhǔn)以判斷變壓器固體絕緣老化程度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法，其特征在于高效 液相色譜條件為采用C18反相柱，紫外檢測(cè)器，檢測(cè)波長定為280nm，流動(dòng)相是體積比為 30 70 50 50的甲醇-水系統(tǒng)，流速lml/min，進(jìn)樣量20yL。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法，其特征在于步驟(1) 中糠醛溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)的量濃度范圍是0. 01 4mg/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法，其特征在于步驟(3) 的具體操作方法如下(a)取樣對(duì)浸漬過油的絕緣紙編號(hào)，分別用Soxlet抽提器使紙脫脂，分兩步進(jìn)行，將 苯與乙醇各IOOmL混合加熱到95 100°C，抽提6 10h，用200mL丙酮，加熱到70 80°C， 抽提6 IOh ；(b)溶解稱取一定重量紙兩份，分別放入兩各50mL小瓶內(nèi)，加入22.5mLlM酮乙二胺、 22. 5mL水和少許玻璃球，用攪拌裝置攪拌8 IOh ； 式中％——絕緣紙比粘度， 、一溶液的平均留出時(shí)間， to—溶劑的平均留出時(shí)間；(d)絕緣紙含水量測(cè)量用稱量瓶稱取一定重量的試樣，放在烘箱內(nèi)烘干，然后再稱 量，按式II計(jì)算出紙中含水量，然后按式III計(jì)算出干紙濃度， 式中H——絕緣紙含水量， Hl1—試驗(yàn)在干燥前重量， Hl10——試樣干燥后的重量， 式中Hl2——攪拌試樣的重量(e)根據(jù)Martin經(jīng)驗(yàn)公式ηQ = [ η ]C · 10k[ η ]C，據(jù)已知的η。值，取k = 0. 14時(shí)，可 得出[n ]C值，則平均聚合度 式中 α = 1 ;k = 7. 5X10_3。
全文摘要
一種變壓器固體絕緣老化程度的判斷方法，依序包括以下步驟(1)配制糠醛溶液的梯度濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，做液相色譜檢測(cè)，做標(biāo)準(zhǔn)曲線I；(2)取實(shí)際電網(wǎng)變壓器中的絕緣紙樣品，進(jìn)行液相色譜檢測(cè)，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線I得出各個(gè)樣品中糠醛濃度；(3)采用步驟(2)中的絕緣紙樣品，分別測(cè)定其含水量H，計(jì)算干紙濃度C，另外取樣測(cè)其比粘度，根據(jù)Martin經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出絕緣紙樣品的聚合度；(4)以絕緣紙的聚合度為橫坐標(biāo)，糠醛濃度的對(duì)數(shù)為縱坐標(biāo)做標(biāo)準(zhǔn)曲線II；(5)對(duì)于未知樣品，測(cè)出糠醛濃度，根據(jù)步驟(4)中的標(biāo)準(zhǔn)曲線II得到絕緣紙聚合度，根據(jù)IEC60450標(biāo)準(zhǔn)以判斷變壓器固體絕緣老化程度。該方法只需抽取適當(dāng)油樣，操作方便，無需停電，是非常實(shí)用的方法。
文檔編號(hào)G01N5/04GK101887094SQ20101021316
公開日2010年11月17日 申請(qǐng)日期2010年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月30日
發(fā)明者姚勇, 岳彥峰, 張健壯, 李保東, 李昕, 李晉城, 李勝利, 王愛琴, 趙素平, 趙鋒, 霍明霞, 韓金華 申請(qǐng)人:河南省電力公司濟(jì)源供電公司