CN104215547B - 一种利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，包括，步骤1利用容积不同的两个容器分别采样V₁和V₂，且取样后对容器口进行密封；步骤2向两个容器内注入同时注入空气V₀，步骤3将两容器放入同一振荡器在室温下进行充分振荡；步骤4在步骤3完成后，静置一段时间，形成新的气液平衡；步骤5根据步骤1-4，计算原变压器油中空气含量H％；步骤6对步骤5中得到的空气含量H％值进行校正。步骤7由步骤6和步骤5得到每一注射器中试油的标准含气量，且对两个值求平均值。

Description

一种利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法

技术领域

本发明涉及一种试验方法，尤其是涉及一种利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法。

背景技术

油中含气量是指变压器油中溶解气体的体积百分比含量，据山东电科院油专业的数据统计，油中含气量实验中的新投运变压器油样品占到了总共检测样品的85％以上，即绝大部分是对新投运变压器油进行含气量检测，而新投运变压器油中含气量的主要成分为空气(别的组分还未产生)，因此，针对于新投运变压器油提出一种快速检测多个试油中空气含量的方法变得极其重要。

而目前的检测方法有气相色谱法和真空脱气法。油中含气量指标的检测是为了防止油中含气过大导致的气泡放电故障，目前GB/T7595-2008《运行中变压器油质量标准》要求对330千伏以上变压器进行新投运变压器油含气量检测。一般新投运的变压器油，油中含气量的主要成分是空气，长期运行的变压器油中含气量主要成分有空气和二氧化碳、一氧化碳以及烃类。气相色谱仪法检测时间过长，包括样品振荡环节和气相色谱仪检测环节，一次样品检测下来需要时间接近3小时，且每次只能检测一个样品，不利于快速检测，且仪器价格昂贵；真空脱气法的准确度主要由抽真空程度有关，系统误差较大，由于每次检测前需要对检测内腔真空度进行检查以及油样预热，检测时间也接接近一个小时，每次也只能检测一个样品。

发明内容

为了实现同时对多个新投运变压器油中空气含量的快速检测，本发明公开了一种检测新投运变压器油含气量的试验方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，包括以下步骤：

步骤1利用容积不同的两个容器分别采样变压器油V₁和V₂，且取样后对容器口进行密封；

步骤2向两个容器内注入同时注入体积为V₀的空气，

步骤3将两容器放入同一振荡器中，在室温下进行充分振荡；

步骤4在步骤3完成后，静置一段时间，形成新的气液平衡；

步骤5根据步骤1-4，计算变压器油在室温下的空气含量H％；

步骤6对步骤5中得到的空气含量H％值进行校正。

步骤7由步骤6和步骤5得到每一容器中变压器油的标准含气量，并对两个值求平均值，平均值为新投运变压器油标准含气量。

步骤1的具体过程如下：

利用两注射器分别取样变压器油V₁和V₂；其中V₁和V₂相差10mL以上；且取样时不能带入气泡，取样好后堵住注射器口，保持密封。

步骤3充分振荡的时间为20分钟。

步骤4所述的静置时间为10分钟。

步骤5所述的具体的计算公式如下：

$H\%=\frac{h_i+V_i\×\mathrm{\η}\%-V_0}{V_i};$

其中，η％为变压器油能溶解的空气；V₀为两只注射器中注入的空气含量；

V_i为V₁、V₂；h_i为h₁，h₂；h₁为V₁对应的注射器脱出气体；h₂为V₂对应的注射器脱出气体。

步骤6所述的矫正过程如下：分别建立在不同压力和不同温度下的变压器空气溶解度曲线，建立溶解度公式如下：

步骤7所述的每一容器中变压器油的标准含气量，采用的公式如下：

H_标i％表示在大气压力101.3kPa，温度20℃时的油中每一支注射器中试油含气量，其中i＝1或2；

V₀表示向两只注射器中加入的空气体积；

Δh表示两支注射器振荡完毕并静置后脱出气体的体积之差，只能取正值，即|h₂-h₁|；

101.3/P：表示大气压力校正系数，P表示试验压力，

(273+T)/P：表示温度校正系数，T表示试验温度。

所述的V₀的计算过程如下：

根据变压器油中含有饱和空气含量为器体积的10％～12％，V₀的体积取max(V1，V2)×12％，即取试油体积较大者乘以12％。

本发明的有益效果如下：

1.处理价格低廉，利用气相色谱专用振荡仪配合几只注射器即可；

2.能够实现快速检测：检测时间加上计算时间能够在35分钟左右同时检测出4个新投运变压器油的含气量样品。

具体实施方式

为了实现同时对多个新投运变压器油中空气含量的快速检测，本发明采用双注射器振荡计算法，所用的试验仪器包括多个100mL注射器，一个10mL注射器，一个精密1mL注射器，以及一台振荡仪，具体如下：

100mL注射器：需要密封性极佳，且刻度清晰，芯塞无卡涩现象。

10mL注射器：精度为0.1mL，要求无卡涩，密封性好。

1mL注射器：精度0.01mL，要求密封性好，刻度清晰。

振荡仪：振荡频率为275±3次/分钟，内部可盛放注射器8支，与气相色谱专用振荡仪一致，实现一次同时对多个新投运变压器油中空气含量的快速检测。

利用上面的试验仪器，进行试验的具体的步骤如下：

1.确定试验方法

两注射器分别取样V₁和V₂(V₁和V₂需相差10mL以上)，取样时不可带入气泡，取好后用胶皮堵头堵住注射器口，保持密封；向两只注射器中均注入一定量的空气V₀，然后将两只注射器放入同一振荡器在室温下进行充分振荡20分钟，并静置10分钟形成新的气液平衡。

2.新投运变压器油含气量模型建立。

2.1原理

在一定的温度和环境压力下，同一种油中能溶解空气的最大体积百分比含量是一定的，即若该变压器油能溶解η％的空气，那么V₁和V₂能溶解空气的含量分别是V₁×η％mL和V₂×η％mL，若向两只注射器中注入同样的空气含量V₀，若原变压器油中空气含量是H％，若V₁对应的注射器脱出气体h₁，V₂对应的注射器脱出气体为h₂，那么在充分振荡混合并静置后，则有：

$\mathrm{\η}\%=\frac{V_0-h_1}{V_1}=\frac{V_0-h_2}{V_2}---\left(1\right)$

由(1)式得出为：

$\mathrm{\η}\%=\frac{|h_2-h_1|}{|V_2-V_1|}---\left(2\right)$

根据质量守恒定律，对每支注射器振荡平衡前后注射器内的空气含量是一定的，因此都有下式成立：

V_i×H％+V₀＝h_i+V_i×η％(3)

由式(2)，式(3)得出H％的计算公式：

$H\%=\frac{h_i+V_i\×\mathrm{\η}\%-V_0}{V_i}---\left(4\right)$

2.2进行温度和大气压力校正

前面得出的数据为常温常压下含气量数据，含气量的标准值需要在101.3kPa和20℃的条件下记录，因此需要对温度和压力进行校正。空气在变压器油中的溶解度随着压力的增大而增大，随着温度的升高而降低，因此溶解度随压力增大的曲线应为条趋势向上的曲线，随温度增大的曲线应为一条趋势向下的曲线，因压力的变化范围和温度的变化范围均很小(实验压力和101.3kPa相比，实验温度和20℃相比)，根据亨利定律，在这小范围内部两者的曲线我们近似的认为是直线，得出校正公式如下：

由式(4)和式(5)得出某一注射器中试油的标准含气量计算公式为：

对式中每个分量代表的物理意义进行说明：

H_标i％表示在大气压力101.3kPa，温度20℃时的油中某一支注射器中试油含气量，理论上应该两只注射器结果一致，但是在读数过程中易存在读数误差，因此最终的结果取两只注射器试油含气量计算结果的平均值。

V₀表示向两只注射器中加入的空气体积。V₀的体积需要根据估算再加入，根据变压器油中含有饱和空气含量约为器体积的10％～12％，V₀的体积取max(V1，V2)×12％，即取试油体积较大者乘以12％；

Δh表示两支注射器振荡完毕并静置后脱出气体的体积之差，只能取正值即|h₂-h₁|；

ΔV表示两支注射器中试油中的体积之差，只能取正值即|V₂-V₁|；

V_i和h_i表示每个独立的注射器中试油的含气量，但是同一个样品的两支注射器试油H_标％的计算结果是一样的；

101.3/P：表示大气压力校正系数，为近似处理；

(273+T)/P：表示温度校正系数，同样为近似处理。

下面为一个具体的例子如下：

对某一新投运变压器油，分别隔绝空气取样30mL和50mL，并用胶皮头密封。分别向其中加入6mL空气，放入振荡仪进行振荡20分钟，并静置10分钟后利用小型注射器分别取出两支注射器中的气体，读出h₁为2.90mL，h₂为1.70mL，大气压力为100.1kPa，温度22℃。

利用式(6)进行计算：

计算结果为：H_标1％＝0.67％，H_标2％＝0.60％，取平均值为：H_标％＝0.63％

利用真空法做出结果为：0.65％

两者的误差为：0.02％

标准偏差为：3.1％

相对偏差为：3.0％

两种方法之间允许的相对偏差为15％，因此可以判定该方法可行，该数学模型是有效的。

本发明仅适用于新投运变压器油中含气量的检测，因为新投运变压器油中含气量的组成可以全部认为是空气，而运行中变压器油含气量的组成则包括烃类、一氧化碳和二氧化碳以及氢气等，必须采用气相色谱法或者真空法。

Claims (7)

1.一种利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1利用容积不同的两个容器分别采样变压器油V₁和V₂，且取样后对容器口进行密封；

步骤2向两个容器内注入同时注入体积为V₀的空气；

步骤3将两容器放入同一振荡器中，在室温下进行充分振荡；

步骤4在步骤3完成后，静置一段时间，形成新的气液平衡；

步骤5根据步骤1-4，计算变压器油在室温下的空气含量H％；

步骤6对步骤5中得到的空气含量H％值进行校正；

步骤7由步骤6和步骤5得到每一容器中变压器油的标准含气量，并对两个值求平均值，平均值为新投运变压器油标准含气量；

所述的每一容器中变压器油的标准含气量，采用的公式如下：

H_标i％表示在大气压力101.3kPa，温度20℃时的油中每一支注射器中试油含气量，其中i＝1或2；

V₀表示向两只注射器中加入的空气体积；

Δh表示两支注射器振荡完毕并静置后脱出气体的体积之差，只能取正值，即|h₂-h₁|；

101.3/P：表示大气压力校正系数，P表示试验压力，

(273+T)/293：表示温度校正系数，T表示试验温度；

V_i为V₁、V₂，其分别表示两个注射器分别取样的变压器油量；h_i为h₁，h₂；h₁为V₁对应的注射器脱出气体量；h₂为V₂对应的注射器脱出气体量，ΔV表示两个注射器中变压器油的体积之差，只能取正值即|V₂-V₁|。

2.如权利要求1所述的利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：

步骤1的具体过程如下：利用两注射器分别取样变压器油V₁和V₂；其中V₁和V₂要相差10mL以上；且取样时不能带入气泡，取样好后堵住注射器口，保持密封。

3.如权利要求1所述的利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：步骤3充分振荡的时间为20分钟。

4.如权利要求1所述的利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：步骤4所述的静置时间为10分钟。

5.如权利要求1所述的利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：步骤5所述的H％计算公式如下：

$H\%=\frac{h_i+V_i\×\mathrm{\η}\%-V_0}{V_i};$

其中，η％为变压器油能溶解的空气；V₀为两只注射器中注入的空气含量；

V_i为V₁、V₂；h_i为h₁，h₂；h₁为V₁对应的注射器脱出气体；h₂为V₂对应的注射器脱出气体。

6.如权利要求1所述的利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：步骤6所述的校正过程如下：分别建立在不同压力和不同温度下的变压器空气溶解度曲线，建立溶解度公式如下：

7.如权利要求1或5所述的利用振荡法检测新投运变压器油含气量的试验方法，其特征在于：所述的V₀的计算过程如下：

根据变压器油中含有饱和空气含量为器体积的10％～12％，V₀的体积取max(V1，V2)×12％，即取试油体积较大者乘以12％。