CN115876984A - 一种测量负压下绝缘油中水分饱和溶解度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种测量负压下绝缘油中水分饱和溶解度的方法，属于电气测量和绝缘材料技术领域。本发明方法，包括：将烧杯中的绝缘油进行真空脱气和干燥处理，当绝缘油中的水分含量小于预设值后，结束绝缘油的真空脱气和干燥处理，并对绝缘油进行密封保存；将所述密封保存的烧杯中的绝缘油置于密封罐内；对所述密封罐内的温度值、湿度值及压力值进行调节；保持所述密封罐内的温度值及压力值的值恒定，调节所述密封罐内的湿度值，测量每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量，并绘制油中水分含量与湿度值的关系曲线；根据所述曲线斜率确定负压下绝缘油中的水分饱和溶解度。本发明可以更全面的研究绝缘油的绝缘性能。
Description
技术领域
本发明涉及电气测量和绝缘材料技术领域，并且更具体地，涉及一种测量负压下绝缘油中水分饱和溶解度的方法。
背景技术
电流互感器是电力系统中重要的一次设备，可以监测一次电流，为二次设备提供测量、控制和保护信号，是电力计量和保护的核心设备。油浸式电流互感器分为正立式和倒立式两种，油浸倒立式电流互感器具有用油少、耗铜材少、重量轻、耐动、热稳定电流的耐受能力更强等优点，近年来在电力系统得到了广泛应用。
但随着油浸倒立式电流互感器应用的不断扩大，一些生产厂家的产品出现了爆炸或者膨胀器冲顶等类型的故障，爆炸的主要原因为主绝缘击穿导致对地短路爆炸，膨胀器冲顶主要原因为膨胀器内部气体过多导致膨胀器异常升高。对某一批次冲顶产品进行油中气体含量分析时，发现氢气和甲烷含量远远超出了初始值。根据分析，造成油中气体含量超标原因之一为，设计膨胀器时没有考虑到大温差运行环境，在低温环境下，器身内部由于用油少极易形成负压，负压导致油纸绝缘系统水分重新分布，油纸绝缘状态发生变化，绝缘更易劣化并分解生成气体。一般要求互感器微正压运行，但是目前油浸倒立式互感器都存在负压运行的工作状态。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种测量负压下绝缘油中水分饱和溶解度的方法，包括：
将烧杯中的绝缘油进行真空脱气和干燥处理，当绝缘油中的水分含量小于预设值后，结束绝缘油的真空脱气和干燥处理，并对绝缘油进行密封保存；
将所述密封保存的烧杯中的绝缘油置于密封罐内；
对所述密封罐内的温度值、湿度值及压力值进行调节；
待密封罐内的温度值、湿度值及压力值达到预设值后，保持所述密封罐内的温度值及压力值的值恒定，调节所述密封罐内的湿度值，测量每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量，并绘制油中水分含量与湿度值的关系曲线；
确定关系曲线的斜率，根据所述关系曲线的斜率确定负压下绝缘油中的水分饱和溶解度。
可选的，密封罐内通过水和丙三醇的混合溶液控制湿度，根据温湿度计调节所述密封罐内的湿度值。
可选的，密封罐置于恒温箱中，通过恒温箱控制密封罐内的温度，根据温湿度计调节所述密封罐内的温度值。
可选的，密封罐通过真空泵控制密封罐内的压力值。
可选的，方法还包括：测量多组不同的温度值及压力值恒定时，每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量；获取多个的每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量与湿度值关系曲线的斜率，并根据多个所述关系曲线的斜率确定多个负压下绝缘油中的水分饱和溶解度。
本发明可以填补目前的测试方法中仅限于不同温度、不同油中酸值等环境下的绝缘油中水分饱和溶解度测量，可以有效测量负压下的绝缘油中水分饱和溶解度，为绝缘油的绝缘性能研究提供了一种新的测量方法，可以更全面的研究绝缘油的绝缘性能。
本发明可以确定负压对绝缘油中水分饱和溶解度的影响规律，对解决油浸倒立式电流互感器的工程实际问题具有重要的指导意义。
本发明，可以测量不同型号的矿物绝缘油、植物绝缘油在负压下的水分饱和溶解度，也可以应用于存在负压运行工况的其它液体绝缘介质的水分饱和溶解度的测量。
附图说明
图1为本发明方法的流程图；
图2为本发明方法实施例中使用的测量装置结构图；
图3为本发明方法实施例的流程图；
图4为本发明方法实施例的测量结果图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
本发明提出了一种测量负压下绝缘油中水分饱和溶解度的方法，如图1所示，包括：
将烧杯中的绝缘油进行真空脱气和干燥处理，当绝缘油中的水分含量小于预设值后，结束绝缘油的真空脱气和干燥处理，并对绝缘油进行密封保存；
将所述密封保存的烧杯中的绝缘油置于密封罐内；
对所述密封罐内的温度值、湿度值及压力值进行调节；
待密封罐内的温度值、湿度值及压力值达到预设值后，保持所述密封罐内的温度值及压力值的值恒定，调节所述密封罐内的湿度值，测量每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量，并绘制油中水分含量与湿度值的关系曲线；
确定关系曲线的斜率，根据所述关系曲线的斜率确定负压下绝缘油中的水分饱和溶解度。
下面结合实施例对本发明进行进一步的说明：
本发明使用如图2所述的测量装置进行测量，测量装置包括：烧杯、密封罐、恒温箱、湿度发生器、真空泵、温湿度计和真空表。
各部分作用如下：烧杯用于盛装待测绝缘油；密封罐用于为绝缘油提供一个密闭的环境，内部可调节温度、压力和湿度；恒温箱用于调节密封罐内的温度；湿度发生器用于调节密封罐内的湿度；真空泵用于调节密封罐内的压力；真空表和温湿度计分别用于测量密封罐内的压力、温度和湿度。
测量方法流程图如图3所示，具体的测量方法如下：
(1)对绝缘油进行真空脱气和干燥，直到油中水分含量小于10mg/L，密封保存；
(2)将盛有油样的烧杯置于密封罐内；
(3)湿度调节：通过水和丙三醇的混合溶液控制密封罐内的湿度，混合比例参考ANSI/ASTM D 5032-2011，并根据温湿度计进行调整；
(4)温度调节：将密封罐置于恒温箱中，调节恒温箱控制密封罐内的温度。
(5)压力调节：通过外置的真空泵控制密封罐内的压力，根据需要适时的抽真空保证测量所需压力条件。
(6)调节密封罐内温度、湿度和压力分别为一定值，待温度、湿度和压力稳定后，记录此时的各项参数，测量绝缘油中的水分含量。测试完毕后，改变密封罐内的湿度并测量绝缘油中水分含量。通过所得的绝缘油中的水分含量和对应的湿度值，即可绘制曲线，该曲线斜率即为油中水分饱和溶解度。
(7)改变密封罐内温度和压力。在每一个温度和压力点，重复(6)中试验过程。
测量过程中，温度、压力和湿度是一个动态平衡的过程，为保证试验数据准确可靠，将湿度在12h内变化不超过±3％作为判定水分在环境和绝缘油之间达到平衡的判据。当目标湿度要求较高或由于压力或温度等原因导致环境和绝缘油之间水分平衡难以达到时，可采取外部加湿的方式，对绝缘油先进行外部加湿，再放入密封罐中进行水分平衡。对油中水分含量3次测量后取平均值以减小测量误差。
具体的，采用间接法测量绝缘油中水分饱和溶解度，在同一温度下，水分在绝缘油和空气之间达到平衡状态时，其相对湿度是相等的。绝缘油中的相对湿度定义下式所示：
WO＝WS×％RH
上式中，％RH为绝缘油的相对湿度，在平衡状态下等于环境中的相对湿度；WO为油中水分含量，mg/L；WS为油中水分饱和溶解度，mg/L。因此，绘制油中水分含量与相对湿度的关系曲线，该曲线的斜率为油中水分饱和溶解度。
具体的，为获得不同压力条件下的油中水分饱和溶解度，需制备特定的密封罐内的湿度发生源。湿度发生源由水和丙三醇的混合溶液制作，参照ANSI/ASTM D 5032-2011给出的水和丙三醇的混合溶液进行配比，初步控制环境中湿度范围。湿度由密封罐内置的温湿度探头实时监测，并由LCD数显温湿度计观测和记录。由于测量所需的负压条件需要不断抽真空，会带走密封罐内的水分，降低环境湿度，因此可以根据温湿度仪记录的湿度数据对ANSI/ASTM D 5032-2011给出的水和丙三醇的混合比例进行校准，达到目标湿度。当目标湿度较高时，可将绝缘油从密封罐内取出，采用不断外部加湿的方式，加速油中水分达到目标湿度的速率，再放入密封罐的环境中进行水分平衡。
具体的，测量负压下的绝缘油中水分饱和溶解度。采用新疆克拉玛依油田产45#环烷基矿物绝缘油作为绝缘油试样。
测量过程如下：
(1)预处理：在温度为313.15K，真空度为50Pa的真空干燥箱中对绝缘油进行真空脱气和干燥，直到油中水分含量小于10mg/L，密封保存。
(2)将盛有油样的250mL烧杯置于2L的密封罐内。
(3)通过水和丙三醇的混合溶液调节密封罐内的湿度为40％，调节密封罐内温度和压力分别为一定值(温度值和压力值分别由(4)给出)，待温度、压力和湿度均稳定后，记录此时的各项参数，采用库仑法按照GB/T7600-2014测量绝缘油中的水分含量。测试完毕后，依次将密封罐中的湿度调节为60％、80％，重复40％湿度时的试验过程。通过所得的绝缘油中的水分含量和对应的湿度值，即可绘制曲线，曲线斜率即为油中水分饱和溶解度。
(4)调节密封罐内温度从273.15K依次升高至333.15K，间隔10K。调节密封罐内真空度依次为0、-0.01MPa、-0.02MPa、-0.05MPa、-0.1MPa。在每一个温度和压力点，重复(3)中试验过程。
(5)绘制曲线，计算绝缘油中水分饱和溶解度。
按上述测量方法流程对绝缘油中水分饱和溶解度进行测量，结果如图4所示。
本发明可以填补目前的测试方法中仅限于不同温度、不同油中酸值等环境下的绝缘油中水分饱和溶解度测量，可以有效测量负压下的绝缘油中水分饱和溶解度，为绝缘油的绝缘性能研究提供了一种新的测量方法，可以更全面的研究绝缘油的绝缘性能。
本发明可以确定负压对绝缘油中水分饱和溶解度的影响规律，对解决油浸倒立式电流互感器的工程实际问题具有重要的指导意义。
本发明，可以测量不同型号的矿物绝缘油、植物绝缘油在负压下的水分饱和溶解度，也可以应用于存在负压运行工况的其它液体绝缘介质的水分饱和溶解度的测量。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (5)
1.一种测量负压下绝缘油中水分饱和溶解度的方法，所述方法包括：
将烧杯中的绝缘油进行真空脱气和干燥处理，当绝缘油中的水分含量小于预设值后，结束绝缘油的真空脱气和干燥处理，并对绝缘油进行密封保存；
将所述密封保存的烧杯中的绝缘油置于密封罐内；
对所述密封罐内的温度值、湿度值及压力值进行调节；
待密封罐内的温度值、湿度值及压力值达到预设值后，保持所述密封罐内的温度值及压力值的值恒定，调节所述密封罐内的湿度值，测量每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量，并绘制油中水分含量与湿度值的关系曲线；
确定关系曲线的斜率，根据所述关系曲线的斜率确定负压下绝缘油中的水分饱和溶解度。
2.根据权利要求1所述的方法，所述密封罐内通过水和丙三醇的混合溶液控制湿度，根据温湿度计调节所述密封罐内的湿度值。
3.根据权利要求1所述的方法，所述密封罐置于恒温箱中，通过恒温箱控制密封罐内的温度，根据温湿度计调节所述密封罐内的温度值。
4.根据权利要求1所述的方法，所述密封罐通过真空泵控制密封罐内的压力值。
5.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：测量多组不同的温度值及压力值恒定时，每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量；获取多个的每一个湿度值对应的绝缘油中的水分含量与湿度值关系曲线的斜率，并根据多个所述关系曲线的斜率确定多个负压下绝缘油中的水分饱和溶解度。
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