CN111579756A - 一种测定在用变压器油剩余使用寿命的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于石油及石油馏分炼制领域，具体涉及一种测定在用变压器油剩余使用寿命的方法，其特征在于使用一个三口烧瓶，一个碗型电热套，一个玻璃冷凝器，一个热电偶和温度控制器进行氧化实验，然后定期取样化验，分别根据取样时间和所取样品的酸值、介质损耗因数、击穿电压做时间‑酸值曲线图、时间‑介质损耗因数曲线图和时间‑击穿电压曲线图，并对数据进行拟合；根据报废变压器油对酸值、介质损耗因数、击穿电压的限值，以及在用变压器油使用时间、酸值、介质损耗因数、击穿电压的数据，与拟合曲线进行等效对比，分别得到基于酸值、介质损耗因数、击穿电压的变压器油剩余使用寿命，取其最小者为变压器油最终剩余使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于石油产品应用领域，更具体地说是涉及到一种测定在用变压器油剩余使用寿命的方法。
背景技术
变压器是服务电网的关键电力设备，在电力系统的运行过程中主要起转换电压、分配和传输电能的作用。设备的运行状态是否正常直接关系到整个电网的安全、可靠及经济运作。为使变压器等电力设备的运行更加安全长效，通常会向其中充入一定的绝缘介质。变压器油是一种重要的绝缘介质，对油浸电力设备起到绝缘、灭弧、散热冷却的保护作用，其油质状态直接对变压器乃至整个电力系统具有重要影响。随着相关电气设备的运行，变压器油在使用过程中受温度、氧气的影响，在变压器金属构件、电磁场及日光等的催化作用下，油质不可避免地会发生氧化，生成羧酸、环烷酸、醛、酮等氧化产物，使变压器油酸值升高、界面张力降低、析出油泥，介质损耗因数、击穿电压和体积电阻率等电气性能指标不合格，以及局部放电和色谱异常等现象，导致变压器故障时有发生。
变压器油的氧化是指变压器油发生氧化、裂解、碳化等化学反应，使得油品化学组分发生变化、生成氧化产物导致油质劣化的过程，该过程受温度、氧气、电磁场、水分以及铜、铁等金属催化剂的共同影响，主要为自由基反应。变压器油的氧化产物主要有酸、醛、酮、醇、酯等，这些物质会随着氧化的进一步发生不断变化，最终形成油泥析出。在实际运行条件下，该过程速度十分缓慢。目前对于变压器油氧化机理的研究主要局限于测定反应生成的小分子组分和官能团，原位观测技术的进一步发展将为未来研究深入微观和反应全程提供可能[15-17]。
变压器油的氧化安定性受自身烃类组成的影响，而油品的烃类构成又与基础油本身的化学组成、炼制工艺及精制深度等因素密切相关。同时，外界环境因素的影响也至关重要，在电气设备的运行过程中，变压器油会不可避免地发生油质氧化。影响变压器油氧化的因素主要包括以下几点：
(1)氧气：氧气的存在是油品发生氧化的根本原因。变压器油在氧气存在的前提下，受热、水分、催化剂及其他因素的共同作用发生氧化反应，导致油质劣化。油中氧气浓度越大，油品与空气的接触面积越大、接触时间越长，其氧化速度就越快、氧化程度就越深。因此，保证设备良好的气密性对抑制油品氧化十分重要。
(2)温度：变压器油的氧化速度与温度有关。通常来说，温度升高会加快变压器油发生氧化反应，造成油质性能急剧劣化。另外，高温引起的局部过热问题还会导致放电现象，其产生的电弧会使油碳化从而降低油品的绝缘性能。
(3)水分：变压器油中的有机酸类与水相结合，会增强其对设备金属部件的腐蚀能力，并且生成的盐类及金属皂化物，还会催化油品加速氧化。水分对变压器油的电气性能也有很大影响，会造成油品击穿电压下降、介质损耗因数增大等。因此在变压器运行时要严格防潮。
(4)催化剂：电力设备一般为金属组合体构造，其中含有的铜、铁等金属部件以及油品氧化生成的盐类、金属皂化物等物质，可以催化氧化变压器油，形成恶性循环，加速其劣化进程。
(5)电磁场：电磁场的存在能够显著提高变压器油对于氧气的吸收溶解能力，从而加剧油品氧化，使油中氧化极性物质增多，油品各性能指标下降。
(6)设备因素：目前制造的变压器存在一定弊端，内部小间隔的结构设计使其在运行时极易出现局部过热现象，加快变压器油的氧化；设备密封不够严密会引起漏气、吸潮，内部干燥剂、吸湿器失效等都会加剧油品劣化；此外，设备超负荷运行、内部绕组短路、匝间绝缘击穿等故障也会加速变压器油的氧化。
变压器油的油品质量对于变压器等电力设备的稳定运行及维护至关重要，采用科学的换油周期对保证变压器油在运行中的质量十分关键。以机车用变压器油为例，目前动车组变压器的定期检修时间间隔为5年，对于那些难以达到下一个检修周期标准的变压器油，或者已经使用超过10年以上的变压器油，极为需要对其剩余使用寿命进行预估。准确评估油品的剩余有效寿命对科学预测设备故障及设备防护具有重要意义。
但是，目前尚没有预测变压器油剩余有效寿命的方法，一般都是根据现有的变压器油使用年限，预估在用油的剩余寿命。但由于变压器油生产厂家不同，变压器生产厂家、生产标准也不同，以及变压器负荷、结构、维修状况等都存在很大差异，所以变压器油的使用寿命差别也很大。如有的变压器油能够使用10年，而有的变压器油却可以使用20年，同一厂家、同一批次的变压器油，在A类变压器中只能使用10年，但在B类变压器中却可以使用15年至20年，可见，变压器结构、生产厂家、保养状况等都对变压器油的使用寿命影响很大。单纯依靠经验方法预测变压器油的剩余使用寿命是不准确的。
本发明专利根据申请者多年的研究，发明了一种通过加速氧化，建立氧化油性质与氧化时间关系图，继而通过时间对等，通过测量在用变压器油三个关键指标，进而提出预测变压器油剩余使用寿命的方法。该方法在国内外尚属首次提出。
发明内容
一种测定在用变压器油剩余使用寿命的方法，其特征在于使用一个三口烧瓶，一个碗型电热套，一个玻璃冷凝器，一个热电偶和温度控制器进行氧化实验，然后定期取样分析化验，具体方法如下：
(1)按照最新的标准，测量同品质新的变压器油的酸值(B0)、介质损耗因数(C0)和击穿电压(D0)；
(2)测量在用变压器油酸值(B1)、介质损耗因数(C1)和击穿电压(D1)；
(3)将同品质新的变压器油装入三口烧瓶中，容量控制在烧瓶体积的三分之二，三口烧瓶放在碗型电热套中，将玻璃冷凝器连接三口烧瓶的一个口，热电偶插入三口烧瓶的另一个口，另一个口封闭，热电偶连入温度控制器控制三口烧瓶中变压器油的温度；
(4)控制三口烧瓶中变压器油的温度(T)在所用变压器油平均温度下；
(5)在温度恒定后，每隔10-20h取样一次，连续实验240h，记录取样时间为t；
(6)测量所取样品的酸值(B)、介质损耗因数(C)和击穿电压(D)；
(7)分别根据取样时间和所取样品的酸值、介质损耗因数、击穿电压做时间-酸值曲线图、时间-介质损耗因数曲线图和时间-击穿电压曲线图，并对数据进行拟合；
(8)设在用变压器油已用时间为Δt1(年)，剩余使用寿命为Δt2(年)，变压器油达到报废的标准设定为：酸值达到B2，或介质损耗因数达到C2，或击穿电压达到D2；
(9)在曲线图上分别找出酸值达到B1所需氧化时tB1、酸值达到B2所需的氧化时间tB2，介质损耗因数达到C1所需氧化时间tc1、达到C2所需的氧化时间tC2，击穿电压达到D1所需氧化时间tD1、达到D2所需氧化时间tD2；
(10)分别根据以下公式计算Δt2：
(11)取式(1)、式(2)、式(3)中计算出的Δt2最小的数字为在用变压器油的剩余使用寿命。
使用该方法，可以预测出变压器油的剩余使用寿命，而且可以对变压器油使用过程中重要参数的变化进行预测。虽然氧化实验耗时较长，但得到氧化曲线后可以用于很多同类变压器油和变压器，甚至不同厂家生产的变压器油也有较好的预测效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
某变压器油已经使用整5年正，检修时取样分析其酸值0.05mgKOH/g，介质损耗因数(tanδ)0.006，击穿电压47.4kV。按照发明内容方法，使用一个三口烧瓶，一个碗型电热套，一个玻璃冷凝器，一个热电偶和温度控制器对同类型新变压器油进行氧化实验，然后定期取样分析化验，在60℃下进行氧化实验，每隔10h取样分析酸值、介质损耗因数和击穿电压，建立时间-酸值曲线图、时间-介质损耗因数曲线图和时间-击穿电压曲线图，并对数据进行拟合。以酸值B2＝0.1mgKOH/g、介质损耗因数C2＝0.02、击穿电压D2＝35kV作为寿命终点。新变压器油的酸值(B0)为0.02mgKOH/g，介质损耗因数(C0)为0.00044，击穿电压(D0)为50kV。
在时间-酸值图上，查到达到酸值(B1)为0.05mgKOH/g时，需要氧化时间tB1为64h，酸值B2达到0.1mgKOH/g时，需要氧化时间tB2为180h；在时间-介质损耗因数曲线图上查到，介质损耗因数达到0.006(C1)所需氧化时间tc1为4020h(通过拟合计算得到)，达到0.02(C2)所需的氧化时间tC2为12860h(通过拟合计算得到)，击穿电压达到D1所需氧化时间tD1为17h，达到35kV(D2)所需氧化时间tD2为96h。
将以上数据分别代入式(1)、式(2)和式(3)，计算得：
式(1)：Δt2＝9.06(年)
式(2)：Δt2＝11.00(年)
式(3)：Δt2＝23.23(年)
取最小值，其最终剩余使用寿命为9.06年。
实施例2
与实施例1相同品质的变压器油，用于相同的变压器和相同工况，经使用15年后检测其酸值0.12mgKOH/g，介质损耗因数(tanδ)0.016，击穿电压44.4kV，与使用该模型预测的数值差别不大，说明该预测方法的准确性。
实施例3
对另一个变压器中变压器油的分析发现，该变压器油使用8.5年，其酸值0.07mgKOH/g，介质损耗因数(tanδ)0.0107，击穿电压45.4kV。使用实施例1得到的时间-酸值曲线图、时间-介质损耗因数曲线图和时间-击穿电压曲线图，以及拟合公式，计算得到该变压器油在使用8.5年的酸值0.071mgKOH/g，介质损耗因数(tanδ)0.0107，击穿电压45.5kV。计算值与实际值很相符，说明该方法具有较高的准确度。
通过以上例子可以看出，采用该方法可以准确地预测变压器油的剩余使用寿命。当然，以上所述仅是本发明的一种实施方式而已，应当指出本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰均属于本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种测定在用变压器油剩余使用寿命的方法，其特征在于使用一个三口烧瓶，一个碗型电热套，一个玻璃冷凝器，一个热电偶和温度控制器进行氧化实验，然后定期取样分析化验，具体方法如下：
(1)按照最新的标准，测量同品质新的变压器油的酸值(B0)、介质损耗因数(C0)和击穿电压(D0)；
(2)测量在用变压器油酸值(B1)、介质损耗因数(C1)和击穿电压(D1)；
(3)将同品质新的变压器油装入三口烧瓶中，容量控制在烧瓶体积的三分之二，三口烧瓶放在碗型电热套中，将玻璃冷凝器连接三口烧瓶的一个口，热电偶插入三口烧瓶的另一个口，热电偶连入温度控制器控制三口烧瓶中变压器油的温度；
(4)控制三口烧瓶中变压器油的温度(T)在所用变压器油平均温度下；
(5)在温度恒定后，每隔10-20h取样一次，连续实验240h，记录取样时间为t；
(6)测量所取样品的酸值(B)、介质损耗因数(C)和击穿电压(D)；
(7)分别根据取样时间和所取样品的酸值、介质损耗因数、击穿电压做时间-酸值曲线图、时间-介质损耗因数曲线图和时间-击穿电压曲线图，并对数据进行拟合；
(8)设在用变压器油已用时间为Δt1(年)，剩余使用寿命为Δt2(年)，变压器油达到报废的标准设定为：酸值达到B2，或介质损耗因数达到C2，或击穿电压达到D2；
(9)在曲线图上分别找出酸值达到B1所需氧化时tB1、酸值达到B2所需的氧化时间tB2，介质损耗因数达到C1所需氧化时间tc1、达到C2所需的氧化时间tC2，击穿电压达到D1所需氧化时间tD1、达到D2所需氧化时间tD2；
(10)分别根据以下公式计算Δt2：
(11)取式(1)、式(2)、式(3)中计算出的Δt2最小的数字为在用变压器油的剩余使用寿命。
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| CN201910119019.0A Pending CN111579756A (zh) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | 一种测定在用变压器油剩余使用寿命的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111579756A (zh) |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1076158A (en) * | 1963-08-15 | 1967-07-19 | Ass Elect Ind | Improvements relating to apparatus for evaluating oxidation stability |
| CN102162786A (zh) * | 2010-02-17 | 2011-08-24 | 三菱电机株式会社 | 油浸电气设备寿命诊断装置和方法及劣化抑制装置和方法 |
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-
2019
- 2019-02-18 CN CN201910119019.0A patent/CN111579756A/zh active Pending
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| 国家技术监督局: "《GB／T 12580-90 加抑制剂矿物绝缘油氧化安定性测定法》", 14 December 1990 * |
| 国家能源局: "《DL/T 429.6-2015 电力用油开口杯老化测定法》", 1 July 2015 * |
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Application publication date: 20200825 |