CN112951526A - 一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法 - Google Patents

一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，属于油浸式电力变压器中绝缘油处理领域，该制备方法包括：分别配制不同质量分数油酸乙醇溶液、六亚甲基四胺乙醇溶液，然后与绝缘油混合均匀，加入十六烯在搅拌、恒温水浴条件下持续反应。本发明方法有效消除了铁的不同赋存形态对绝缘油老化及电气性能的影响，成功解决了不同赋存形态发生的团聚、沉淀等行为；铁的不同赋存形态都可以形成改性纳米粒子，显著提高绝缘油的绝缘性能及导热性能；形成的纳米粒子可捕获绝缘油老化过程产生的氧分子及吸附金属离子，延缓绝缘油的老化；本发明方法具有成本低、操作简单、运行可靠、无二次污染等优点。

Description

一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法
技术领域
本发明属于油浸式电力变压器中绝缘油处理领域，具体涉及一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法。
背景技术
在电力系统输变电过程中，变压器对于整个电网的安全运行发挥着至关重要的作用。绝缘油作为变压器绝缘与冷却的重要介质，其运行稳定性主要取决于绝缘油的绝缘性能和散热性能。近年来，绝缘油中的金属离子含量备受关注，在一些故障变压器中通常出现金属的腐蚀和沉积物，大量研究中发现绝缘油中金属含量的提高严重降低了变压器绝缘能力，导致局部放电起始电压和击穿强度降低，最终造成变压器过热或放电故障。
浸没式变压器铁芯在过热或放电等异常运行状态下，绝缘油中固有的极性物质和氧化初期产生的自由基攻击铁材料表面，使铁腐蚀或熔损加速并溶解于油中，形成铁的不同赋存形态，如离子态、无机态、有机络合态等，不同铁的赋存形态在油品中将建立较为稳定的溶解平衡，如油中过氧化物大量存在时，将与铁离子作用生成稳定的有机络合态，反应过程中生成的酸性物质将加速铁单质或无机态铁向铁离子转化。
铁离子本身作为活性带电离子，在施加电压的条件下，能激活周围的烃分子产生游离基团，从而在电场中作定向运动，增加电泳电导现象；更为重要的是，铁离子作为催化剂加速分解油品氧化过程中产生的中间产物，从而引发绝缘油加速老化，导致绝缘油化学性能下降，严重影响油品的电气性能。鉴于绝缘油中铁含量对油品的化学性能、流动性能及电气性能具有重要影响，因而如何高效绿色的去除绝缘油中铁污染物，对于保障变压器的安全稳定运行具有十分重要的意义，然而目前针对去除油中铁杂质的研究及有效处理措施较少。
前期研究中，一些学者应用白土、活性氧化铝、壳聚糖、海泡石等吸附剂去除绝缘油中的铁杂质，取得了较好的去除效果。然而上述吸附剂在去除铁杂质过程中，多种杂质也将溶解于绝缘油中，其对油品的性能影响有待进一步探索。比如应用活性氧化铝进行油品处理过程中，大量铝离子溶解于油中，从而造成铝污染。目前，基于纳米改性电解质的研究备受关注，众多学者针对传统电解质材料进行纳米添加处理，与传统电解质相比，纳米电解质显示出优异的电气性能。因而在绝缘油中添加纳米粒子形成纳米流体，已成为提高绝缘油介电强度和导热性能的重要手段。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，结合绝缘油中铁杂质的赋存形态及绝缘油化学特性，通过改性纳米粒子生成，去除铁杂质污染，以期以较低的成本，实现绝缘油性能提升。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：配制质量分数为40％～80％的油酸乙醇溶液40mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5％～10％的六亚甲基四胺乙醇溶液10mL，搅拌均匀待用，其中油酸乙醇溶液由油酸溶解于乙醇配置而成；六亚甲基四胺乙醇溶液由六亚甲基四胺溶解于乙醇配置而成；
步骤2：将步骤1中配制好的油酸乙醇溶液与六亚甲基四胺乙醇溶液混合搅拌均匀，静置陈化，得到改性剂；
步骤3：取绝缘油1L与经步骤2所得的改性剂混合均匀，加入十六烯5mL～10mL，以200r/min搅拌速度，在60℃～80℃恒温水浴条件下持续反应2h；所述绝缘油为油浸式电力变压器中绝缘油。
作为本发明的一种优选方案，所述步骤2中静置陈化的时间为2h～4h。
通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：
1、有效消除了铁的不同赋存形态对绝缘油老化及电气性能的影响，成功解决了不同赋存形态铁发生的团聚、沉淀等行为，避免了过热或放电故障。
2、铁的不同赋存形态都可以形成改性纳米粒子，显著提高了绝缘油的绝缘性能及导热性能。
3、形成的纳米粒子比表面积为85m2/g～103m2/g，可捕获绝缘油老化过程产生的氧分子，而且能够吸附其它金属离子，从而延缓绝缘油的老化。
4、本发明方法具有成本低、操作简单、运行可靠、无二次污染等优点。
附图说明
此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：
图1为不同工况下绝缘油改性前后热导率及击穿电压变化率示意图。
具体实施方式
本发明提出了一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，所述绝缘油应用于油浸式电力变压器之中，具体该方法包括如下步骤：
步骤1：配制质量分数为40％～80％的油酸乙醇溶液40mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5％～10％的六亚甲基四胺乙醇溶液10mL，搅拌均匀待用，其中油酸乙醇溶液由油酸溶解于乙醇配置而成；六亚甲基四胺乙醇溶液由六亚甲基四胺溶解于乙醇配置而成；
步骤2：将步骤1中配制好的油酸乙醇溶液与六亚甲基四胺乙醇溶液混合搅拌均匀，静置陈化2h～4h，得到改性剂；
步骤3：取绝缘油1L与经步骤2所得的改性剂混合均匀，加入十六烯5mL～10mL，以200r/min搅拌速度，在60℃～80℃恒温水浴条件下持续反应2h。
本发明的原理为：绝缘油中铁的不同赋存形态普遍具有亲水性的特点，极易发生团聚、沉淀等行为，在本发明体系下，铁离子可反应生成四氧化三铁纳米粒子，油酸作为表面活性剂可对不同赋存形态的纳米粒子进行表面改性，从而形成长期稳定的亲油性的纳米粒子。
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面通过具体实施例对本发明进行详细阐述。需要说明的是下述实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明所要求的保护范围。实施例中使用的原料均为市购产品。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程并没有详细叙述。
实施例1、实施例2和实施例3中涉及的1#绝缘油、2#绝缘油、3#绝缘油样品分别取自三台油浸式电力变压器。
实施例1
本实施例中基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法包括如下步骤：
步骤1：配制质量分数为40％的油酸乙醇溶液40mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5％的六亚甲基四胺乙醇溶液10mL，搅拌均匀待用；
步骤2：将配制好的油酸乙醇溶液与六亚甲基四胺乙醇溶液混合搅拌均匀，静置陈化2h，得到改性剂；
步骤3：取1#绝缘油1L与步骤2所得的改性剂混合均匀，加入十六烯5mL，在200r/min搅拌速度下以60℃～80℃恒温水浴条件下持续反应2h。
由图1可见(工况一)，本实施例显著提高了绝缘油导热率及击穿电压，提高了绝缘油的电学及导热特性。
实施例2
本实施例中基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法包括如下步骤：
步骤1：配制质量分数为60％的油酸乙醇溶液40mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为7％的六亚甲基四胺乙醇溶液10mL，搅拌均匀待用；
步骤2：将配制好的油酸乙醇溶液与六亚甲基四胺乙醇溶液混合搅拌均匀，静置陈化2h，得到改性剂；
步骤3：取2#绝缘油1L与步骤2所得的改性剂混合均匀，加入十六烯7mL，在200r/min搅拌速度下以60℃～80℃恒温水浴条件下持续反应2h。
由图1可见(工况二)，本实施例显著提高了绝缘油导热率及击穿电压，提高了绝缘油的电学及导热特性。
实施例3
本实施例中基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法包括如下步骤：
步骤1：配制质量分数为80％的油酸乙醇溶液40mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为10％的六亚甲基四胺乙醇溶液10mL，搅拌均匀待用；
步骤2：将配制好的油酸乙醇溶液与六亚甲基四胺乙醇溶液混合搅拌均匀，静置陈化2h，得到改性剂；
步骤3：取3#绝缘油1L与步骤2所得的改性剂混合均匀，加入十六烯10mL，在200r/min搅拌速度下以60℃～80℃恒温水浴条件下持续反应2h。
由图1可见(工况三)，本实施例显著提高了绝缘油导热率及击穿电压，提高了绝缘油的电学及导热特性。
综上，本发明提出了一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，该制备方法包括：分别配制不同质量分数油酸乙醇溶液、六亚甲基四胺乙醇溶液，然后与绝缘油混合均匀，加入十六烯在搅拌、恒温水浴条件下持续反应。本发明方法有效消除了铁的不同赋存形态对绝缘油老化及电气性能的影响，成功解决了不同赋存形态发生的团聚、沉淀等行为；铁的不同赋存形态都可以形成改性纳米粒子，显著提高绝缘油的绝缘性能及导热性能；形成的纳米粒子可捕获绝缘油老化过程产生的氧分子及吸附金属离子，延缓绝缘油的老化；本发明方法具有成本低、操作简单、运行可靠、无二次污染等优点。

Claims (2)

1.一种基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤1：配制质量分数为40％～80％的油酸乙醇溶液40mL，搅拌均匀待用；配制质量分数为5％～10％的六亚甲基四胺乙醇溶液10mL，搅拌均匀待用，其中油酸乙醇溶液由油酸溶解于乙醇配置而成；六亚甲基四胺乙醇溶液由六亚甲基四胺溶解于乙醇配置而成；
步骤2：将步骤1中配制好的油酸乙醇溶液与六亚甲基四胺乙醇溶液混合搅拌均匀，静置陈化，得到改性剂；
步骤3：取绝缘油1L与经步骤2所得的改性剂混合均匀，加入十六烯5mL～10mL，以200r/min搅拌速度，在60℃～80℃恒温水浴条件下持续反应2h；所述绝缘油为油浸式电力变压器中绝缘油。
2.根据权利要求1所述的基于铁赋存形态的纳米粒子改性绝缘油制备方法，其特征在于：所述步骤2中静置陈化的时间为2h～4h。
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