CN106501425A - 一种变压器在线色谱仪校验用标准油的配制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种变压器在线色谱仪校验用标准油的配制方法，括以下步骤：油气混合平衡数学模型的建立：在恒温、恒压条件下，气相与液相在密闭容器中经过重新分配达到气、液两相的动态平衡，根据物料平衡原理和分配定律，配油前后气、液两相中物质的量之和相等，计算得到每种标气的进气体积；配制空白油：充氮气饱和空白油；进标气：将根据所述数学模型计算好体积的标气依次进入到设定体积的所述充氮气饱和的空白油中，并加热到设定温度；循环配油：对混合好的油气进行循环往复多次混合，保证气液平衡，并使油气两相完全分离开，排出平衡气体后即得配制好的标准油。

Description

一种变压器在线色谱仪校验用标准油的配制方法
技术领域
本发明属于电力电子测量仪器技术领域，涉及一种变压器在线色谱仪校验用标准油的配制方法。
背景技术
变压器油中溶解气体在线色谱仪为高压电气设备故障诊断提供了实时、有效的监控，然而在线色谱仪的准确性可能受各种因素影响而降低，在使用过程中常常出现误报、漏报的情形，导致不必要的停运检修或延误检修，造成极大危害。因此，变压器在线色谱仪的校验非常必要。目前公认比较可靠有效的校验方法是标准油法，其配制方法是校验在线色谱仪的关键。
目前的主流方法是将空白变压器油和标气在一个密闭容器中充分混合，油气平衡后排出气相得到标准油。根据标气的组成和加入到空白油中的方式不同，标准油配制方法主要分为混合标准气法和单一标准气法。混合标准气法的标气是将7种标准气体按一定比例要求混合到一个钢瓶中，配油时只需进这一种混合标气即可，其优点是配制和计算非常方便，缺点是不能配制任意浓度的油中溶解气体。单一标准气法是按需求浓度将7瓶标气逐一加入油缸中进行混合配油，其优缺点正好与混合标准气法相反，且计算的数学模型很难建立准确。
发明内容
为了结合混合标准气法和单一标准气法的优点，避开它们的缺点，本发明提供一种变压器在线色谱仪校验用标准油的配制方法，能够配制任意浓度油中溶解气体的标准油，且配油的计算简单、准确，操作简便。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种变压器在线色谱仪校的验用标准油的配制方法，包括以下步骤：
油气混合平衡数学模型的建立：根据物料平衡原理和分配定律，配油前后气、液两相中物质的量之和相等，计算得到每种标气的进气体积；
配制空白油：充氮气饱和空白油；
进标气：将根据所述数学模型计算好体积的标气依次进入到设定体积的所述充氮气饱和的空白油中，并加热到设定温度；
循环配油：对混合好的油气进行循环往复多次混合，保证气液平衡，并使油气两相完全分离开，排出平衡气体后即得配制好的标准油。
本发明的油气混合平衡数学模型的建立中，根据物料平衡原理和分配定律，配油前后气、液两相中物质的量之和相等，得到公式(1)：
Xi·Cis+Vk·Cik/0.929＝X·Cil/0.929·Ki+Vk·Cil/0.929 (1)
油中气体饱和后继续进行气、液交换，油中含气量不会再发生变化，所以配油平衡后气相总体积等于配油前所有标气恒温到50℃时的体积之和，因此有公式如下：
其中：Xi＝Xi 0[323/(273+t)] (3)
Vk＝Vk 0[1+0.0008(50–t)] (4)
式中：Xi——配油前标气i恒温到50℃时的体积，mL；
Xi 0——配制环境下标气i的进气体积，mL；
Cis——标准气i组分的浓度，μL/L；
Vk——配油平衡后标准油的体积，mL；
Vk 0——配制环境下加入空白油的体积，mL；
Cik——20℃、101.325kPa下空白油中气体i组分的浓度，μL/L；
Cil——20℃、101.325kPa下配制出的标准油中溶解气体i组分浓度，μL/L；
X——配油平衡后气相总体积，mL。
Ki——气体i在常压下、50℃时的平衡分配系数；
t——实验室温度，℃；
n——总的标气种类数，例如，七种标气时：n＝7；
0.929——油中溶解气体浓度从50℃校正在20℃时的温度校正系数；
0.0008——绝缘油热膨胀系数，L/℃。
式中，Cis和Ki已知，Cil和Vk 0根据配油需求设定，Cik经过充氮充分饱和后通常为0，也可通过离线色谱进行定值。联合公式(1)～(4)求解Xi仍然存在Xi和X两个变量，通过假定和增量设置的方式可解决二元一次方程的求解难题。
首先假定X＝1，利用公式(1)计算出每种标准气的Xi，然后算出如果则对X设定一个任意增量，该增量用于对X进行不断地加和后再假定，再计算出直到满足条件为止。例如设定增量为3，则继续假定X＝1+3＝4，然后算出再用和X比较，直到为止，也就是X为平衡后气相总体积，以此刻的Xi值利用公式(3)得到气体i的进气体积Xi 0。
进一步的，所述进标气前，采用充氮气饱和空白油清洗配油缸。
进一步的，循环配油时间为30～90min，后静置10～30min，使油气两相完全分离开。
进一步的，所述标气至少包括7种，分别是CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO和CO2气体。
为了更好的实现本发明的配制方法，利用变压器在线色谱仪校验装置实现标准油的配制，所述校验装置包括标气单元和配油单元；
所述标气单元包括至少7个标气瓶；
所述配油单元包括活塞式配油缸、废油缸和循环泵，所述活塞式配油缸包括油缸和气缸，所述活塞式配油缸中的油缸通过第一管道与废油缸相连通，所述活塞式配油缸中的油缸与循环泵通过第二管道构成一循环回路；所述活塞式配油缸中的气缸通过一通气管连接加压装置，该通气管上设有一分支通气管，该分支通气管连通废油缸；
其中，所述标气单元中的标气瓶通过进气管与所述活塞式配油缸中的油缸相连接。
所述活塞式配油缸属于本领域技术人员公知的部件，包括油缸、气缸和活塞杆，其配合使用关系属于本领域技术人员常规知晓的技术。
进一步的，所述活塞式配油缸的外部缠绕有用于对活塞式配油缸加热的加热带。
进一步的，所述活塞式配油缸的壁上设有取样阀。
进一步的，所述废油缸的底部设有排油阀。
进一步的，所述活塞式配油缸设有手动进气孔。
进一步的，所述废油缸还设有连通大气的一管道，用来排气。
进一步的，所述加压装置为空气泵或外接氮气瓶等气源装置。
本发明的工作原理是：在恒温、恒压条件下，气相与液相在密闭容器中经过重新分配达到气、液两相的动态平衡。因此，可利用物料平衡原理和分配定律，配油前后气相和液相中物质的量之和应相等。可以得到公式(1)：
Xi·Cis+Vk·Cik/0.929＝X·Cil/0.929·Ki+Vk·Cil/0.929 (1)
利用上述基本公式求解出每瓶标气的进气体积即可顺利进行配油程序。
本发明的配制方法能够配制任意浓度油中溶解气体的标准油，且配油计算简单、准确，不用离线色谱定值就可直接用于在线色谱仪的校验，操作简便，配油量范围广。
附图说明
图1是标准油配制方法流程示意图。
图2是配油装置结构示意图。
图中：1-标气瓶；2-配油缸；2-1、气缸；2-2、油缸；3-废油缸；4-循环泵；5-加热带；6-取样阀；7-排油阀；8-手动进气孔；11-电磁阀；12-九通阀；13-稳压阀；14-稳流阀；15～23-电磁阀；24～25-法兰。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
一种变压器在线色谱仪校的验用标准油的配制方法，利用变压器在线色谱仪校验装置和油气混合平衡数学模型进行标准油配制。
其中，如图2所示，所述校验装置包括标气单元箱体和配油单元箱体，所述标气单元箱体中放置7个标气瓶1，所述标气瓶1通过进气管与配油单元箱体中的配油缸2相连接；所述进气管道包括七个支路管道和一个主进气管道，七个支路管道分别连接相应的标气瓶1，且均设有一个电磁阀11，主进气管道上设有稳压阀13、稳流阀14和电磁阀15，所述支路管道和主进气管道通过九通阀12相连。在稳流阀14与电磁阀15之间的主进气管道设有一管道分支，该管道分支上设有电磁阀16。
所述配油单元箱体中包括活塞式配油缸2、废油缸3和循环泵4；所述活塞式配油缸属于本领域技术人员公知的部件，包括油缸2-2、气缸2-1和活塞杆，其配合使用关系属于本领域技术人员常规知晓的技术。
所述活塞式配油缸2中的油缸2-2通过第一管道与废油缸3相连通，该第一管道上设有电磁阀22。所述活塞式配油缸2中的油缸2-2与循环泵4通过第二管道构成一循环回路，该第二管道上设有电磁阀17和电磁阀18。电磁阀18和循环泵4之间的管道上连接一进空白油的管道，该管道上设有电磁阀19。所述活塞式配油缸2的外部缠绕有用于对活塞式配油缸加热的加热带5；其壁上还设有取样阀6和手动进气孔8。
所述活塞式配油缸2中的气缸2-1通过一通气管(该通气管上设有电磁阀21)连接加压装置，比如空气泵或外接氮气等气源，作用是给活塞杆加压推动活塞运动把油从油缸中排出。所述通气管上设有一分支通气管，该分支通气管连通废油缸，其上设有电磁阀23，电磁阀23是用来降低气缸2-1的压力，压力过高就通过废油缸泄压。所述废油缸3还设有连通大气的一管道，用来排气。
所述废油缸3的底部设有排油阀7。
图2中的电磁阀20是控制法兰的，也就是直接连接变压器时，可以控制从法兰进油。
标准油配制方法流程示意图如图1所示：
1、配油数学模型的建立：
根据物料平衡原理和分配定律，配油前后气、液两相中物质的量之和相等，有公式如下：
Xi·Cis+Vk·Cik/0.929＝X·Cil/0.929·Ki+Vk·Cil/0.929 (1)
油中气体饱和后继续进行气、液交换，油中含气量不会再发生变化，因此有公式如下：
其中：Xi＝Xi 0[323/(273+t)] (3)
Vk＝Vk 0[1+0.0008(50–t)] (4)
式中：Xi——配油前标气i恒温到50℃时的体积，mL；
Xi 0——配制环境下标气i的进气体积，mL；
Cis——标准气i组分的浓度，μL/L；
Vk——配油平衡后标准油的体积，mL；
Vk 0——配制环境下加入空白油的体积，mL；
Cik——20℃、101.325kPa下空白油中气体i组分的浓度，μL/L；
Cil——20℃、101.325kPa下配制出的标准油中溶解气体i组分浓度，μL/L；
X——配油平衡后气相总体积，mL。
Ki——气体i在常压下、50℃时的平衡分配系数；
t——实验室温度，℃；
0.929——油中溶解气体浓度从50℃校正在20℃时的温度校正系数；
0.0008——绝缘油热膨胀系数，L/℃。
式中，Cis和Ki已知，Cil和Vk 0根据配油需求设定，Cik经过充氮充分饱和后通常为0，也可通过离线色谱进行定值。联合公式(1)～(4)求解Xi仍然存在Xi和X两个变量，通过假定和增量设置的方式可解决二元一次方程的求解难题。
首先假定X＝1，利用公式(1)计算出每种标准气的Xi，然后算出如果 则对X设定一个任意增量，该增量用于对X进行不断地加和后再假定，再计算出直到满足条件为止。例如设定增量为3，则继续假定X＝1+3＝4，然后算出再用和X比较，直到为止，也就是X为平衡后气相总体积，以此刻的Xi值利用公式(3)得到气体i的进气体积Xi 0。
2、校验装置的操作：
配油前首先将配油缸2中的残油通过打开电磁阀22排出到废油缸3中，然后打开电磁阀17～19和循环泵4，将充氮饱和后的空白油200～400mL泵入到配油缸2中清洗2～4min。清洗后重复排油过程，清洗油缸2～3次。
清洗完成后按设定好的油量开始向配油缸2中注入空白油样，注油方式与清洗进油时相同。
注油完毕后打开标气瓶阀，依次对每瓶标气进行清洗和进气。进标气1时打开电磁阀11、稳压阀13、稳流阀14、电磁阀16清洗管道，洗完后关闭电磁阀16，打开电磁阀15，标气按本发明建立的数学模型计算好的体积进入到配油缸2中，进气完成后关闭电磁阀15。然后继续按这种方式依次进标气2、3……，直到7瓶标气全部进完，通过加热带5将配油缸2中的液相和气相加热到50℃。
七种标气是CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO和CO2气体。
循环配油：打开循环泵4和电磁阀17、18，对配油缸2种的油气进行强油循环相互置换，经过30～90min后关闭循环泵4和电磁阀17、18，静置10～30min，使油气两相完全分离开。
静置完成后打开电磁阀22，将配油缸2中的气体排出到废油缸3中。配油缸2中的油即为配制好的标准油。
利用本发明的配制方法可实现用任意浓度的单一标准气体配制出任意理想气体浓度的标准油，可针对不同变压器在线监测装置的具体情况配制出所需浓度的标准油，大大提高了标准油配制方法的适用性，有利于自动智能化配油技术的发展。配油数学模型设计严谨，利用两个方程式和设置增量的方式巧妙解出了8个未知量，能准确计算出每瓶标气需要加入的体积。配制出来的标准油的配油误差均在10％以内，完全能够满足相关标准对色谱平行样品检测的误差要求，不用离线色谱定值就可直接用于在线色谱仪的校验，且配油简便，配油量范围广。
实验例1配油误差实验
如表1所示是采用实施例1的方法配制的标准油的准确性误差试验数据，测得每种气体组分浓度的平均误差在10％以内，符合标准GB/T 17623-1998、GB/T 7252-2001和Q/GDW 540.2-2010对平行样品试验的重复性要求。由此可得，采用本发明的方法配制得到的多种气体组分的标准油的准确性好。
表1不同理想浓度的配油误差试验结果
经过试验得到，本发明的方法配油准确，不用离线色谱定值就可直接用于在线色谱仪的校验，操作简便，配油量范围广。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变压器在线色谱仪校的验用标准油的配制方法，其特征是，包括以下步骤：
油气混合平衡数学模型的建立：在恒温、恒压条件下，气相与液相在密闭容器中经过重新分配达到气、液两相的动态平衡，根据物料平衡原理和分配定律，配油前后气、液两相中物质的量之和相等，计算得到每种标气的进气体积；
配制空白油：充氮气饱和空白油；
进标气：将根据所述数学模型计算好体积的标气依次进入到设定体积的所述充氮气饱和的空白油中，并加热到设定温度；
循环配油：对混合好的油气进行循环往复多次混合，保证气液平衡，并使油气两相完全分离开，排出平衡气体后即得配制好的标准油。
2.如权利要求1所述的配制方法，其特征是：根据油中气体饱和后继续进行气、液交换，油中含气量不会再发生变化，所以配油平衡后气相总体积等于配油前所有标气恒温到50℃时的体积之和。
3.如权利要求1所述的配制方法，其特征是：所述进标气前，采用充氮气饱和空白油清洗配油缸。
4.如权利要求1所述的配制方法，其特征是：循环配油时间为30~90min，后静置10~30min，使油气两相完全分离开。
5.如权利要求1所述的配制方法，其特征是：所述标气至少包括7种，分别是CH4、C2H4、C2H6、C2H2、H2、CO和CO2气体。
6.如权利要求1所述的配制方法，其特征是：利用变压器在线色谱仪校验装置实现标准油的配制，
所述校验装置包括标气单元和配油单元；
所述标气单元包括至少7个标气瓶；
所述配油单元包括活塞式配油缸、废油缸和循环泵，所述活塞式配油缸包括油缸和气缸，所述活塞式配油缸中的油缸通过第一管道与废油缸相连通，所述活塞式配油缸中的油缸与循环泵通过第二管道构成一循环回路；所述活塞式配油缸中的气缸通过一通气管连接加压装置，该通气管上设有一分支通气管，该分支通气管连通废油缸；
其中，所述标气单元中的标气瓶通过进气管与所述活塞式配油缸中的油缸相连接。
7.如权利要求6所述的配制方法，其特征是：所述活塞式配油缸的外部缠绕有用于对活塞式配油缸加热的加热带。
8.如权利要求6所述的配制方法，其特征是：所述活塞式配油缸的壁上设有取样阀。
9.如权利要求6所述的配制方法，其特征是：所述废油缸的底部设有排油阀。
10.如权利要求6所述的配制方法，其特征是：所述废油缸还设有连通大气的一管道；所述加压装置为空气泵或外接氮气瓶。
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