CN115575528A - 一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法 - Google Patents

一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，该方法可依靠运行中充油变压器的油色谱特征气体分析数据，针对温室气体组分按运行时间长度进行归一化条件下的增量计算，并将该时间尺度内的温室气体组分增量折算为变压器二氧化碳排放速率，同时测算得到变压器运行过程的直接碳排放强度。该方法能够充分利用电力企业的大量在运变压器油色谱数据，具有适用范围广、操作简单、可开展同型号、同工况变压器设备数据比对校核的优点，为大型充油变压器在运行过程中的直接碳排放强度评价提供量化依据。

Description

一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳 排放测算方法
技术领域
本发明属于碳排放计算领域，涉及一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法。
背景技术
对于我国电力企业而言，在发电侧，由于当前火电占比仍接近70％，故发电环节是电力企业产生碳排放的其中一个重要环节，也是人们普遍认为造成电力企业碳排放量高的唯一环节，导致当前电力企业自身的碳减排研究、规划工作主要集中在这一环节，如新能源接入、消纳、电能替代等方面的工作。
在碳排放计算领域，国家发展和改革委员会首批公布了包括《中国发电企业温室气体排放核算方法与报告指南》在内的10个重点行业企业碳排放计算方法，国家标准委发布了包括《温室气体排放核算与报告要求第1部分：发电企业》在内的11项温室气体管理国家标准。但除了发电环节外，作为电网中电能主要载体的电力一次设备，其本身在制造、运维、退役的全寿命周期过程中，同样会产生大量的碳排放，该部分碳排放是造成电网企业碳排放量居高不下的主要原因。但目前而言，关于电力设备的碳排放测算主要集中在由损耗组成的间接碳排放部分，而关于电力设备运行过程中的直接碳排放核算工作尚未开展，且缺乏成熟有效的监控手段，所以该部分碳排放的研究滞后、且往往被忽视。
大型充油变压器属于典型的多部件、多类型材料设备，其包含大量的液体与固体绝缘材料。而在设备运行过程中，根据变压器的功能性特点，其碳排放强度主要取决于两个方面：一是空负载损耗水平；二是绝缘介质劣化速度。就设备正常运行而言，其温室气体直接排放主要来源于绝缘材料的自然劣化(热及电场影响导致)或故障损坏。其中，诸如绝缘油，环氧树脂、玻璃纤维、绝缘纸等干式绝缘材料在运行工况下劣化产生的温室气体量目前仍未有明确的结论。因此，在相关技术领域中亟待寻求一种可量化测算的变压器运行过程中的直接碳排放测算方法，以便弥补现有碳排放测算与评价的缺失环节。
发明内容
本发明提供一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，该方法可依靠运行中充油变压器的油色谱特征气体分析数据，测算得到变压器运行过程的直接碳排放强度，为大型充油变压器在运行过程中的直接碳排放强度评价提供量化依据。
一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，包括如下步骤：
步骤一：对在运变压器的油样进行采集，并记录采样时的油温；
步骤二：对变压器油样进行油色谱分析，试验得到特征气体的组分含量，特征气体包括二氧化碳、甲烷、氢气、一氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔；
步骤三：将步骤二中得到的二氧化碳、甲烷的浓度统一折算为二氧化碳当量浓度；
步骤四：将步骤三中在运变压器本次采样计算得到的二氧化碳当量浓度与历史数据进行比较，开展比较的两组数据采样时的油温应相同，计算得到两次采样间隔时间内的变压器直接碳排放浓度增量；
步骤五：根据步骤四中计算得到的变压器直接碳排放浓度增量，结合变压器油重以及两次采样间隔时间内的变压器利用小时数，计算得到变压器直接碳排放速率；
步骤六：根据步骤四中计算得到的变压器直接碳排放浓度增量，统计变压器运行过程中所有采样周期内的数据，计算得到变压器运行过程的直接碳排放强度。
进一步的，步骤三中将步骤二中得到的二氧化碳、甲烷的浓度统一折算为二氧化碳当量浓度，计算公式如下：
M＝M二氧化碳G二氧化碳+M甲烷G甲烷
M-二氧化碳当量浓度，uL/L；
M二氧化碳-特征气体二氧化碳浓度，uL/L；
G二氧化碳-特征气体二氧化碳全球变暖潜能特征化因子，值为1；
M甲烷-特征气体甲烷浓度，uL/L；
G甲烷-特征气体甲烷全球变暖潜能特征化因子，值为28。
进一步的，步骤三中的温室气体成分二氧化碳、甲烷及对应的全球变暖潜能特征化因子值依据《IPCC第五次报告》中附录8.A内容认定，若IPCC或国家相关标准关于温室气体的成分认定及对应的全球变暖潜能特征化因子值发生变化，则二氧化碳当量浓度计算结合变压器油色谱分析的特征气体组分，增加氢气、一氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔进行计算；
计算公式修正如下：
M＝∑MiGi
M-二氧化碳当量浓度，uL/L；
Mi-温室特征气体浓度，uL/L；
Gi-温室特征气体全球变暖潜能特征化因子。
进一步的，步骤四中计算得到两次采样间隔时间内的变压器直接碳排放浓度增量，计算公式如下：
Mc＝Mi-Mi-1
Mc-在运变压器直接碳排放浓度增量，uL/L；
Mi-本次采样二氧化碳当量浓度，uL/L；
Mi-1-上一次采样二氧化碳当量浓度，uL/L。
进一步的，步骤五中计算得到变压器直接碳排放速率，计算公式如下：
Figure BDA0003865118250000041
Figure BDA0003865118250000042
T-在运变压器两次采样时间间隔内最大利用小时数，h；
Pi-在运变压器某段时间的持续稳定负荷，MVA；
ti-在运变压器稳定负荷Pi的持续时间，h；
Pr-在运变压器额定容量，MVA；
Mv-在运变压器直接碳排放速率，t/h；
Mc-两次采样间隔时间内的在运变压器直接碳排放浓度增量，uL/L；
No-在运变压器油重，t；
Ao-变压器油密度，t/L；
Ac-二氧化碳气体密度，t/uL。
进一步的，步骤六中计算得到变压器运行过程的直接碳排放强度，计算公式如下：
Figure BDA0003865118250000043
MT-变压器运行过程直接碳排放强度，t；
Mci-两次采样间隔时间内的在运变压器直接碳排放浓度增量，uL/L；
No-在运变压器油重，t；
Ao-变压器油密度，t/L；
Ac-二氧化碳气体密度，t/uL。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、该方法精度较高，通过在实验室对变压器单一固体及液体绝缘材料开展实际运行模拟工况绝缘老化试验，采集得到二氧化碳等温室气体并测定其排放量，采集数据样本为1587个，实验测定值与本方法计算值平均误差为3.6％，采集电网在运同厂家、同型号、同工况变压器样本314个，平均偏差1.3％；
2、该方法可依靠运行中充油变压器的油色谱特征气体分析数据，针对温室气体组分按运行时间长度进行归一化条件下的增量计算，并将该时间尺度内的温室气体组分增量折算为变压器二氧化碳排放速率，从而解决变压器运行过程的直接碳排放强度测算问题；
3、该方法能够充分利用电力企业的大量在运变压器油色谱数据，具有适用范围广、操作简单、可开展同厂家、同型号、同工况变压器设备数据比对校核，为大型充油变压器在运行过程中的直接碳排放强度评价提供量化依据，判断其碳排放基准水平及绝缘状态存在异常的设备。
附图说明
图1是本发明一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参照图1，某额定容量Pr为240MVA的在运变压器，油重No为30t，其在某时间段内共采集了2次油样，油温均为40℃，根据油色谱检测结果，其二氧化碳浓度M二氧化碳1为6460uL/L、M二氧化碳2为7812uL/L，甲烷浓度M甲烷1为15uL/L、M甲烷2为30.9uL/L。两次采样时间间隔内，统计其P1为40％负荷运行时间t1为500h，P2为60％负荷运行时间t21000h，P3为80％负荷运行时间t3200h。变压器油密度Ao为8.95×10-4t/L，二氧化碳密度Ac为1.977×10-12t/uL。
根据计算步骤与公式：
1、根据步骤三，两次采样的二氧化碳当量浓度分别为M1＝M二氧化碳1G二氧化碳+M甲烷1G甲烷＝6460+15×28＝6880uL/L，M2＝M二氧化碳2G二氧化碳+M甲烷2G甲烷＝7812+30.9×28＝8677.2uL/L；
2、根据步骤四，两次采样间隔时间内的变压器直接碳排放浓度增量为Mc＝M2-M1＝8677.2-6880＝1797.2uL/L
3、根据步骤五，在运变压器两次采样时间间隔内最大利用小时数T＝(P1t1+P2t2+P3t3)/Pr＝(0.4×500×240+0.6×1000×240+0.8×200×240)÷240＝960h；
4、根据步骤五，两次采样间隔时间内的在运变压器直接碳排放速率Mv＝McNoAc/Ao/T＝1797.2×30×1.977×10-12÷8.95÷10-4÷960＝1.24×10-7t/h；
5、根据步骤六，两次采样间隔时间内的变压器运行过程直接碳排放强度M＝McNoAc/Ao＝1797.2×30×1.977×10-12÷8.95÷10-4＝1.19×10-4t。
当存在3次及以上采样，即时间间隔存在2个及以上时，针对每个间隔依次计算并累加即可测算得到变压器全部运行过程中的直接碳排放结果。例如在上述实例基础上再增加一个采样，为方便计算和理解，假设二氧化碳、甲烷浓度差与上述实例一致，则根据步骤三至步骤四，可得到Mc2＝M3-M2＝M2-M1＝Mc1＝1797.2uL/L；相应的，根据步骤六，则可得到三次采样即两个采样间隔时间内变压器运行过程直接碳排放强度M＝Mc1NoAc/Ao+Mc2NoAc/Ao＝1.24×10-7+1.24×10-7＝2.48×10-7t/h。若继续增加采样次数，则可依次类推。
本发明根据充油变压器绝缘材料劣化气体溶于油的特点，提出基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法。通过在实验室对变压器单一固体及液体绝缘材料开展实际运行模拟工况绝缘老化试验，采集得到二氧化碳等温室气体并测定其排放量，采集数据样本为1587个，实验测定值与本方法计算值平均误差为3.6％；采集电网在运同厂家、同型号、同工况变压器样本314个，平均偏差1.3％。因此，本发明模型简单，精度较高，在变压器实际运行过程中，能够通过易于采样的油色谱数据理论计算得到变压器运行过程直接碳排放强度，并可通过同厂家、同型号、同工况的在运变压器测算数据，判断其碳排放基准水平及绝缘状态存在异常的设备。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，其涉及的参数所取名称等可以不同，且依据本发明构思所述的原理所做的等效或简单变化，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：对在运变压器的油样进行采集，并记录采样时的油温；
步骤二：对变压器油样进行油色谱分析，试验得到特征气体的组分含量，特征气体包括二氧化碳、甲烷、氢气、一氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔；
步骤三：将步骤二中得到的二氧化碳、甲烷的浓度统一折算为二氧化碳当量浓度；
步骤四：将步骤三中在运变压器本次采样计算得到的二氧化碳当量浓度与历史数据进行比较，开展比较的两组数据采样时的油温应相同，计算得到两次采样间隔时间内的变压器直接碳排放浓度增量；
步骤五：根据步骤四中计算得到的变压器直接碳排放浓度增量，结合变压器油重以及两次采样间隔时间内的变压器利用小时数，计算得到变压器直接碳排放速率；
步骤六：根据步骤四中计算得到的变压器直接碳排放浓度增量，统计变压器运行过程中所有采样周期内的数据，计算得到变压器运行过程的直接碳排放强度。
2.根据权利要求1所述的一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，其特征在于：步骤三中将步骤二中得到的二氧化碳、甲烷的浓度统一折算为二氧化碳当量浓度，计算公式如下：
M＝M二氧化碳G二氧化碳+M甲烷G甲烷
M-二氧化碳当量浓度，uL/L；
M二氧化碳-特征气体二氧化碳浓度，uL/L；
G二氧化碳-特征气体二氧化碳全球变暖潜能特征化因子，值为1；
M甲烷-特征气体甲烷浓度，uL/L；
G甲烷-特征气体甲烷全球变暖潜能特征化因子，值为28。
3.根据权利要求2所述的一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，其特征在于：
步骤三中的温室气体成分二氧化碳、甲烷及对应的全球变暖潜能特征化因子值依据《IPCC第五次报告》中附录8.A内容认定，若IPCC或国家相关标准关于温室气体的成分认定及对应的全球变暖潜能特征化因子值发生变化，则二氧化碳当量浓度计算结合变压器油色谱分析的特征气体组分，增加氢气、一氧化碳、乙烷、乙烯、乙炔进行计算；
计算公式修正如下：
M＝∑MiGi
M-二氧化碳当量浓度，uL/L；
Mi-温室特征气体浓度，uL/L；
Gi-温室特征气体全球变暖潜能特征化因子。
4.根据权利要求3所述的一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，其特征在于：步骤四中计算得到两次采样间隔时间内的变压器直接碳排放浓度增量，计算公式如下：
Mc＝Mi-Mi-1
Mc-在运变压器直接碳排放浓度增量，uL/L；
Mi-本次采样二氧化碳当量浓度，uL/L；
Mi-1-上一次采样二氧化碳当量浓度，uL/L。
5.根据权利要求4所述的一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，其特征在于：步骤五中计算得到变压器直接碳排放速率，计算公式如下：
Figure FDA0003865118240000021
Figure FDA0003865118240000022
T-在运变压器两次采样时间间隔内最大利用小时数，h；
Pi-在运变压器某段时间的持续稳定负荷，MVA；
ti-在运变压器稳定负荷Pi的持续时间，h；
Pr-在运变压器额定容量，MVA；
Mv-在运变压器直接碳排放速率，t/h；
Mc-两次采样间隔时间内的在运变压器直接碳排放浓度增量，uL/L；
No-在运变压器油重，t；
Ao-变压器油密度，t/L；
Ac-二氧化碳气体密度，t/uL。
6.根据权利要求4所述的一种基于油色谱特征气体的大型充油变压器运行过程直接碳排放测算方法，其特征在于：步骤六中计算得到变压器运行过程的直接碳排放强度，计算公式如下：
Figure FDA0003865118240000031
MT-变压器运行过程直接碳排放强度，t；
Mci-两次采样间隔时间内的在运变压器直接碳排放浓度增量，uL/L；
No-在运变压器油重，t；
Ao-变压器油密度，t/L；
Ac-二氧化碳气体密度，t/uL。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023169610A3 (zh) * 2023-06-25 2024-02-08 国网浙江省电力有限公司经济技术研究院 碳排放量的计算方法、装置、电子设备及可读存储介质

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