本發(fā)明屬于電力電子測量儀器技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種變壓器在線色譜儀校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)油的配制方法。

背景技術(shù)：

變壓器油中溶解氣體在線色譜儀為高壓電氣設(shè)備故障診斷提供了實(shí)時(shí)、有效的監(jiān)控，然而在線色譜儀的準(zhǔn)確性可能受各種因素影響而降低，在使用過程中常常出現(xiàn)誤報(bào)、漏報(bào)的情形，導(dǎo)致不必要的停運(yùn)檢修或延誤檢修，造成極大危害。因此，變壓器在線色譜儀的校驗(yàn)非常必要。目前公認(rèn)比較可靠有效的校驗(yàn)方法是標(biāo)準(zhǔn)油法，其配制方法是校驗(yàn)在線色譜儀的關(guān)鍵。

目前的主流方法是將空白變壓器油和標(biāo)氣在一個(gè)密閉容器中充分混合，油氣平衡后排出氣相得到標(biāo)準(zhǔn)油。根據(jù)標(biāo)氣的組成和加入到空白油中的方式不同，標(biāo)準(zhǔn)油配制方法主要分為混合標(biāo)準(zhǔn)氣法和單一標(biāo)準(zhǔn)氣法?；旌蠘?biāo)準(zhǔn)氣法的標(biāo)氣是將7種標(biāo)準(zhǔn)氣體按一定比例要求混合到一個(gè)鋼瓶中，配油時(shí)只需進(jìn)這一種混合標(biāo)氣即可，其優(yōu)點(diǎn)是配制和計(jì)算非常方便，缺點(diǎn)是不能配制任意濃度的油中溶解氣體。單一標(biāo)準(zhǔn)氣法是按需求濃度將7瓶標(biāo)氣逐一加入油缸中進(jìn)行混合配油，其優(yōu)缺點(diǎn)正好與混合標(biāo)準(zhǔn)氣法相反，且計(jì)算的數(shù)學(xué)模型很難建立準(zhǔn)確。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了結(jié)合混合標(biāo)準(zhǔn)氣法和單一標(biāo)準(zhǔn)氣法的優(yōu)點(diǎn)，避開它們的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種變壓器在線色譜儀校驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)油的配制方法，能夠配制任意濃度油中溶解氣體的標(biāo)準(zhǔn)油，且配油的計(jì)算簡單、準(zhǔn)確，操作簡便。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種變壓器在線色譜儀校的驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)油的配制方法，包括以下步驟：

油氣混合平衡數(shù)學(xué)模型的建立：根據(jù)物料平衡原理和分配定律，配油前后氣、液兩相中物質(zhì)的量之和相等，計(jì)算得到每種標(biāo)氣的進(jìn)氣體積；

配制空白油：充氮?dú)怙柡涂瞻子停?/p>

進(jìn)標(biāo)氣：將根據(jù)所述數(shù)學(xué)模型計(jì)算好體積的標(biāo)氣依次進(jìn)入到設(shè)定體積的所述充氮?dú)怙柡偷目瞻子椭?，并加熱到設(shè)定溫度；

循環(huán)配油：對混合好的油氣進(jìn)行循環(huán)往復(fù)多次混合，保證氣液平衡，并使油氣兩相完全分離開，排出平衡氣體后即得配制好的標(biāo)準(zhǔn)油。

本發(fā)明的油氣混合平衡數(shù)學(xué)模型的建立中，根據(jù)物料平衡原理和分配定律，配油前后氣、液兩相中物質(zhì)的量之和相等，得到公式(1)：

X_i·C_is+V_k·C_ik/0.929＝X·C_il/0.929·K_i+V_k·C_il/0.929 (1)

油中氣體飽和后繼續(xù)進(jìn)行氣、液交換，油中含氣量不會再發(fā)生變化，所以配油平衡后氣相總體積等于配油前所有標(biāo)氣恒溫到50℃時(shí)的體積之和，因此有公式如下：

其中：X_i＝X_i⁰[323/(273+t)] (3)

V_k＝V_k⁰[1+0.0008(50–t)] (4)

式中：X_i——配油前標(biāo)氣i恒溫到50℃時(shí)的體積，mL；

X_i⁰——配制環(huán)境下標(biāo)氣i的進(jìn)氣體積，mL；

C_is——標(biāo)準(zhǔn)氣i組分的濃度，μL/L；

V_k——配油平衡后標(biāo)準(zhǔn)油的體積，mL；

V_k⁰——配制環(huán)境下加入空白油的體積，mL；

C_ik——20℃、101.325kPa下空白油中氣體i組分的濃度，μL/L；

C_il——20℃、101.325kPa下配制出的標(biāo)準(zhǔn)油中溶解氣體i組分濃度，μL/L；

X——配油平衡后氣相總體積，mL。

K_i——?dú)怏wi在常壓下、50℃時(shí)的平衡分配系數(shù)；

t——實(shí)驗(yàn)室溫度，℃；

n——總的標(biāo)氣種類數(shù)，例如，七種標(biāo)氣時(shí)：n＝7；

0.929——油中溶解氣體濃度從50℃校正在20℃時(shí)的溫度校正系數(shù)；

0.0008——絕緣油熱膨脹系數(shù)，L/℃。

式中，C_is和K_i已知，C_il和V_k⁰根據(jù)配油需求設(shè)定，C_ik經(jīng)過充氮充分飽和后通常為0，也可通過離線色譜進(jìn)行定值。聯(lián)合公式(1)～(4)求解X_i仍然存在X_i和X兩個(gè)變量，通過假定和增量設(shè)置的方式可解決二元一次方程的求解難題。

首先假定X＝1，利用公式(1)計(jì)算出每種標(biāo)準(zhǔn)氣的X_i，然后算出如果則對X設(shè)定一個(gè)任意增量，該增量用于對X進(jìn)行不斷地加和后再假定，再計(jì)算出直到滿足條件為止。例如設(shè)定增量為3，則繼續(xù)假定X＝1+3＝4，然后算出再用和X比較，直到為止，也就是X為平衡后氣相總體積，以此刻的X_i值利用公式(3)得到氣體i的進(jìn)氣體積X_i⁰。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)標(biāo)氣前，采用充氮?dú)怙柡涂瞻子颓逑磁溆透住?/p>

進(jìn)一步的，循環(huán)配油時(shí)間為30～90min，后靜置10～30min，使油氣兩相完全分離開。

進(jìn)一步的，所述標(biāo)氣至少包括7種，分別是CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂、H₂、CO和CO₂氣體。

為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的配制方法，利用變壓器在線色譜儀校驗(yàn)裝置實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)油的配制，所述校驗(yàn)裝置包括標(biāo)氣單元和配油單元；

所述標(biāo)氣單元包括至少7個(gè)標(biāo)氣瓶；

所述配油單元包括活塞式配油缸、廢油缸和循環(huán)泵，所述活塞式配油缸包括油缸和氣缸，所述活塞式配油缸中的油缸通過第一管道與廢油缸相連通，所述活塞式配油缸中的油缸與循環(huán)泵通過第二管道構(gòu)成一循環(huán)回路；所述活塞式配油缸中的氣缸通過一通氣管連接加壓裝置，該通氣管上設(shè)有一分支通氣管，該分支通氣管連通廢油缸；

其中，所述標(biāo)氣單元中的標(biāo)氣瓶通過進(jìn)氣管與所述活塞式配油缸中的油缸相連接。

所述活塞式配油缸屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的部件，包括油缸、氣缸和活塞桿，其配合使用關(guān)系屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)知曉的技術(shù)。

進(jìn)一步的，所述活塞式配油缸的外部纏繞有用于對活塞式配油缸加熱的加熱帶。

進(jìn)一步的，所述活塞式配油缸的壁上設(shè)有取樣閥。

進(jìn)一步的，所述廢油缸的底部設(shè)有排油閥。

進(jìn)一步的，所述活塞式配油缸設(shè)有手動(dòng)進(jìn)氣孔。

進(jìn)一步的，所述廢油缸還設(shè)有連通大氣的一管道，用來排氣。

進(jìn)一步的，所述加壓裝置為空氣泵或外接氮?dú)馄康葰庠囱b置。

本發(fā)明的工作原理是：在恒溫、恒壓條件下，氣相與液相在密閉容器中經(jīng)過重新分配達(dá)到氣、液兩相的動(dòng)態(tài)平衡。因此，可利用物料平衡原理和分配定律，配油前后氣相和液相中物質(zhì)的量之和應(yīng)相等?？梢缘玫焦?1)：

X_i·C_is+V_k·C_ik/0.929＝X·C_il/0.929·K_i+V_k·C_il/0.929 (1)

利用上述基本公式求解出每瓶標(biāo)氣的進(jìn)氣體積即可順利進(jìn)行配油程序。

本發(fā)明的配制方法能夠配制任意濃度油中溶解氣體的標(biāo)準(zhǔn)油，且配油計(jì)算簡單、準(zhǔn)確，不用離線色譜定值就可直接用于在線色譜儀的校驗(yàn)，操作簡便，配油量范圍廣。

附圖說明

圖1是標(biāo)準(zhǔn)油配制方法流程示意圖。

圖2是配油裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-標(biāo)氣瓶；2-配油缸；2-1、氣缸；2-2、油缸；3-廢油缸；4-循環(huán)泵；5-加熱帶；6-取樣閥；7-排油閥；8-手動(dòng)進(jìn)氣孔；11-電磁閥；12-九通閥；13-穩(wěn)壓閥；14-穩(wěn)流閥；15～23-電磁閥；24～25-法蘭。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實(shí)施例1

一種變壓器在線色譜儀校的驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)油的配制方法，利用變壓器在線色譜儀校驗(yàn)裝置和油氣混合平衡數(shù)學(xué)模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)油配制。

其中，如圖2所示，所述校驗(yàn)裝置包括標(biāo)氣單元箱體和配油單元箱體，所述標(biāo)氣單元箱體中放置7個(gè)標(biāo)氣瓶1，所述標(biāo)氣瓶1通過進(jìn)氣管與配油單元箱體中的配油缸2相連接；所述進(jìn)氣管道包括七個(gè)支路管道和一個(gè)主進(jìn)氣管道，七個(gè)支路管道分別連接相應(yīng)的標(biāo)氣瓶1，且均設(shè)有一個(gè)電磁閥11，主進(jìn)氣管道上設(shè)有穩(wěn)壓閥13、穩(wěn)流閥14和電磁閥15，所述支路管道和主進(jìn)氣管道通過九通閥12相連。在穩(wěn)流閥14與電磁閥15之間的主進(jìn)氣管道設(shè)有一管道分支，該管道分支上設(shè)有電磁閥16。

所述配油單元箱體中包括活塞式配油缸2、廢油缸3和循環(huán)泵4；所述活塞式配油缸屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的部件，包括油缸2-2、氣缸2-1和活塞桿，其配合使用關(guān)系屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員常規(guī)知曉的技術(shù)。

所述活塞式配油缸2中的油缸2-2通過第一管道與廢油缸3相連通，該第一管道上設(shè)有電磁閥22。所述活塞式配油缸2中的油缸2-2與循環(huán)泵4通過第二管道構(gòu)成一循環(huán)回路，該第二管道上設(shè)有電磁閥17和電磁閥18。電磁閥18和循環(huán)泵4之間的管道上連接一進(jìn)空白油的管道，該管道上設(shè)有電磁閥19。所述活塞式配油缸2的外部纏繞有用于對活塞式配油缸加熱的加熱帶5；其壁上還設(shè)有取樣閥6和手動(dòng)進(jìn)氣孔8。

所述活塞式配油缸2中的氣缸2-1通過一通氣管(該通氣管上設(shè)有電磁閥21)連接加壓裝置，比如空氣泵或外接氮?dú)獾葰庠?，作用是給活塞桿加壓推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)把油從油缸中排出。所述通氣管上設(shè)有一分支通氣管，該分支通氣管連通廢油缸，其上設(shè)有電磁閥23，電磁閥23是用來降低氣缸2-1的壓力，壓力過高就通過廢油缸泄壓。所述廢油缸3還設(shè)有連通大氣的一管道，用來排氣。

所述廢油缸3的底部設(shè)有排油閥7。

圖2中的電磁閥20是控制法蘭的，也就是直接連接變壓器時(shí)，可以控制從法蘭進(jìn)油。

標(biāo)準(zhǔn)油配制方法流程示意圖如圖1所示：

1、配油數(shù)學(xué)模型的建立：

根據(jù)物料平衡原理和分配定律，配油前后氣、液兩相中物質(zhì)的量之和相等，有公式如下：

X_i·C_is+V_k·C_ik/0.929＝X·C_il/0.929·K_i+V_k·C_il/0.929 (1)

油中氣體飽和后繼續(xù)進(jìn)行氣、液交換，油中含氣量不會再發(fā)生變化，因此有公式如下：

其中：X_i＝X_i⁰[323/(273+t)] (3)

V_k＝V_k⁰[1+0.0008(50–t)] (4)

式中：X_i——配油前標(biāo)氣i恒溫到50℃時(shí)的體積，mL；

X_i⁰——配制環(huán)境下標(biāo)氣i的進(jìn)氣體積，mL；

C_is——標(biāo)準(zhǔn)氣i組分的濃度，μL/L；

V_k——配油平衡后標(biāo)準(zhǔn)油的體積，mL；

V_k⁰——配制環(huán)境下加入空白油的體積，mL；

C_ik——20℃、101.325kPa下空白油中氣體i組分的濃度，μL/L；

C_il——20℃、101.325kPa下配制出的標(biāo)準(zhǔn)油中溶解氣體i組分濃度，μL/L；

X——配油平衡后氣相總體積，mL。

K_i——?dú)怏wi在常壓下、50℃時(shí)的平衡分配系數(shù)；

t——實(shí)驗(yàn)室溫度，℃；

0.929——油中溶解氣體濃度從50℃校正在20℃時(shí)的溫度校正系數(shù)；

0.0008——絕緣油熱膨脹系數(shù)，L/℃。

式中，C_is和K_i已知，C_il和V_k⁰根據(jù)配油需求設(shè)定，C_ik經(jīng)過充氮充分飽和后通常為0，也可通過離線色譜進(jìn)行定值。聯(lián)合公式(1)～(4)求解X_i仍然存在X_i和X兩個(gè)變量，通過假定和增量設(shè)置的方式可解決二元一次方程的求解難題。

首先假定X＝1，利用公式(1)計(jì)算出每種標(biāo)準(zhǔn)氣的X_i，然后算出如果則對X設(shè)定一個(gè)任意增量，該增量用于對X進(jìn)行不斷地加和后再假定，再計(jì)算出直到滿足條件為止。例如設(shè)定增量為3，則繼續(xù)假定X＝1+3＝4，然后算出再用和X比較，直到為止，也就是X為平衡后氣相總體積，以此刻的X_i值利用公式(3)得到氣體i的進(jìn)氣體積X_i⁰。

2、校驗(yàn)裝置的操作：

配油前首先將配油缸2中的殘油通過打開電磁閥22排出到廢油缸3中，然后打開電磁閥17～19和循環(huán)泵4，將充氮飽和后的空白油200～400mL泵入到配油缸2中清洗2～4min。清洗后重復(fù)排油過程，清洗油缸2～3次。

清洗完成后按設(shè)定好的油量開始向配油缸2中注入空白油樣，注油方式與清洗進(jìn)油時(shí)相同。

注油完畢后打開標(biāo)氣瓶閥，依次對每瓶標(biāo)氣進(jìn)行清洗和進(jìn)氣。進(jìn)標(biāo)氣1時(shí)打開電磁閥11、穩(wěn)壓閥13、穩(wěn)流閥14、電磁閥16清洗管道，洗完后關(guān)閉電磁閥16，打開電磁閥15，標(biāo)氣按本發(fā)明建立的數(shù)學(xué)模型計(jì)算好的體積進(jìn)入到配油缸2中，進(jìn)氣完成后關(guān)閉電磁閥15。然后繼續(xù)按這種方式依次進(jìn)標(biāo)氣2、3……，直到7瓶標(biāo)氣全部進(jìn)完，通過加熱帶5將配油缸2中的液相和氣相加熱到50℃。

七種標(biāo)氣是CH₄、C₂H₄、C₂H₆、C₂H₂、H₂、CO和CO₂氣體。

循環(huán)配油：打開循環(huán)泵4和電磁閥17、18，對配油缸2種的油氣進(jìn)行強(qiáng)油循環(huán)相互置換，經(jīng)過30～90min后關(guān)閉循環(huán)泵4和電磁閥17、18，靜置10～30min，使油氣兩相完全分離開。

靜置完成后打開電磁閥22，將配油缸2中的氣體排出到廢油缸3中。配油缸2中的油即為配制好的標(biāo)準(zhǔn)油。

利用本發(fā)明的配制方法可實(shí)現(xiàn)用任意濃度的單一標(biāo)準(zhǔn)氣體配制出任意理想氣體濃度的標(biāo)準(zhǔn)油，可針對不同變壓器在線監(jiān)測裝置的具體情況配制出所需濃度的標(biāo)準(zhǔn)油，大大提高了標(biāo)準(zhǔn)油配制方法的適用性，有利于自動(dòng)智能化配油技術(shù)的發(fā)展。配油數(shù)學(xué)模型設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，利用兩個(gè)方程式和設(shè)置增量的方式巧妙解出了8個(gè)未知量，能準(zhǔn)確計(jì)算出每瓶標(biāo)氣需要加入的體積。配制出來的標(biāo)準(zhǔn)油的配油誤差均在10％以內(nèi)，完全能夠滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對色譜平行樣品檢測的誤差要求，不用離線色譜定值就可直接用于在線色譜儀的校驗(yàn)，且配油簡便，配油量范圍廣。

實(shí)驗(yàn)例1配油誤差實(shí)驗(yàn)

如表1所示是采用實(shí)施例1的方法配制的標(biāo)準(zhǔn)油的準(zhǔn)確性誤差試驗(yàn)數(shù)據(jù)，測得每種氣體組分濃度的平均誤差在10％以內(nèi)，符合標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17623-1998、GB/T 7252-2001和Q/GDW 540.2-2010對平行樣品試驗(yàn)的重復(fù)性要求。由此可得，采用本發(fā)明的方法配制得到的多種氣體組分的標(biāo)準(zhǔn)油的準(zhǔn)確性好。

表1不同理想濃度的配油誤差試驗(yàn)結(jié)果

經(jīng)過試驗(yàn)得到，本發(fā)明的方法配油準(zhǔn)確，不用離線色譜定值就可直接用于在線色譜儀的校驗(yàn)，操作簡便，配油量范圍廣。

上述實(shí)施例為本發(fā)明較佳的實(shí)施方式，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。