CN115950784A - 一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法 - Google Patents

一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115950784A
CN115950784A CN202310109912.1A CN202310109912A CN115950784A CN 115950784 A CN115950784 A CN 115950784A CN 202310109912 A CN202310109912 A CN 202310109912A CN 115950784 A CN115950784 A CN 115950784A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gas
epoxy resin
carbon emission
quartz tube
carbon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202310109912.1A
Other languages
English (en)
Inventor
贺家慧
吴彤
张丹丹
邹婧怡
童歆
卢仰泽
张致
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology, Electric Power Research Institute of State Grid Hubei Electric Power Co Ltd filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN202310109912.1A priority Critical patent/CN115950784A/zh
Publication of CN115950784A publication Critical patent/CN115950784A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80—Management or planning
    • Y02P90/84—Greenhouse gas [GHG] management systems

Landscapes

  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

本发明公开了一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，涉及碳排放领域。本发明包括以下步骤：制作环氧树脂样片并将环氧树脂样片放入密封石英管中；抽取石英管内的气体直至气压达到第一阈值后，通入氮氧混合气体直至气压达到第二阈值；对石英管加热，停止加热后静置，静置完成后收集石英管的气体并对环氧树脂样片称重；对收集的气体进行成分和含量检测并计算气体质量；基于环氧树脂样片的质量、气体成分和含量建立寿命预测模型，计算碳排放水平。本发明根据老化实验数据明确环氧树脂在老化过程中的温室气体产量，并通过碳排放因子分析间接碳排放水平，有助于评估干式设备运行期间碳排放水平。

Description

一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法
技术领域
本发明涉及碳排放领域，更具体的说是涉及一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法。
背景技术
变电设备运行期间碳排放行为的确认和分析是电力系统在达到“双碳”目标过程中的重要一环，干式设备中大量的浇筑环氧树脂在设备运行期间受热老化，然而，目前的研究缺少对这一过程碳排放可能性和排放水平的专门研究，不利于评估设备运行的环境影响。为了能够获知干式设备中环氧树脂在设备运行期间的直接碳排放量和间接碳排放水平，采用合适的实验方法开展实验具有一定的研究价值。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，包括以下步骤：
制作环氧树脂样片并将环氧树脂样片放入密封石英管中；
抽取石英管内的气体直至气压达到第一阈值后，通入氮氧混合气体直至气压达到第二阈值；
对石英管加热，停止加热后静置，静置完成后收集石英管的气体并对环氧树脂样片称重；
对收集的气体进行成分和含量检测并计算气体质量；
基于环氧树脂样片的质量、气体成分和含量建立寿命预测模型，计算碳排放水平。
可选的，利用气相色谱仪对收集的气体进行成分和含量检测。
可选的，所述碳排放水平基于二氧化碳当量计算，其中二氧化碳当量的计算公式如下：
Figure BDA0004076370040000021
其中，
Figure BDA0004076370040000022
为二氧化碳当量(g)，
Figure BDA0004076370040000023
为二氧化碳气体的质量(g)，
Figure BDA0004076370040000024
为甲烷气体的质量(g)，25为甲烷的全球变暖潜能值。
可选的，所述碳排放水平的计算公式如下：
Figure BDA0004076370040000025
其中，mt为在x℃下，时长t间1单位环氧树脂的碳排放量；tx-life为在x℃下环氧树脂的寿命。
可选的，所述环氧树脂样片为直径约28mm，厚度约2mm的均匀圆片，呈现近无色透明的状态。
可选的，所述第一阈值为-101Kpa，所述第二阈值为140Kpa。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，具有以下有益效果：
1、目前对于变电设备碳排放往往只关注SF6泄漏导致的运行过程碳排放，忽视了干式设备运行过程中的碳排放可能性，本发明根据老化实验数据明确环氧树脂在老化过程中的温室气体产量，并通过碳排放因子分析间接碳排放水平，有助于评估干式设备运行期间碳排放水平。
2、本发明考虑热、氧气共同作用下的环氧树脂老化，与实际情况更贴切，有助于进一步提高评估结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明加热主题部分示意图；
其中，1为硅碳加热棒，2为石英玻璃管，3为带橡胶圈的密封法兰盘，4为法兰盘密封螺丝，5为气压检测计，6为密封阀门，7为(需要发明人解释)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。
本发明实施例公开了一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，如图1所示，包括以下步骤：
1、设计环氧树脂热氧老化实验
考虑H级绝热等级设备绝缘系统的最高温度为180℃，因此选取140℃、155℃、170℃三个老化温度点，每个温度点包括96h、168h两个老化时长，共计六组实验。每组实验中使用两片环氧树脂样片。
实验所用设备包括热氧老化设备和检测设备。
热氧老化设备主要由管式炉、石英管、具有橡胶密封圈的两侧金属法兰构成，用于放置环氧树脂样片、进行加热和密封。该装置配备有数字式气压检测计用于设置气氛，连通有氧气、氮气瓶用于提供气氛，如图2所示，其中加热装置主体部分：1为硅碳加热棒，2为石英玻璃管，3为带橡胶圈的密封法兰盘，4为法兰盘密封螺丝，5为气压检测计，6为密封阀门。
检测设备包括福立仪器9790Plus气相色谱仪、分析天平，其中福立仪器9790Plus气相色谱仪用于检测气体产物的含量；分析天平测量环氧树脂热氧老化前后质量损耗。
2、开展实验，记录实验参数
制作环氧树脂样片，为直径约28mm，厚度约2mm的均匀圆片，呈现近无色透明的状态，使用分析天平称重，记录实验前样片质量。
将环氧树脂样片放入管式炉内的石英管中，通过螺栓安装并固定法兰盘，旋紧密封阀。使用抽气泵持续抽取石英管内气体，直到气压检测计示数稳定在-101Kpa不再变化。之后通入氮氧混合气体，直至气压达到140Kpa。
每组实验在加热完成后，停止加热并静置10分钟，确保管内气体均匀分布。之后打开密封阀，使用铝箔集气袋收集0.1L石英管内气体。最后，打开法兰，取出样片并称重。
3、使用气相色谱仪分析目标气体含量
使用福立仪器9790Plus气相色谱仪对铝箔集气袋中收集气体进行成分和含量检测，并基于石英管体积计算出气体质量。
查表可知标准状态下(T＝25℃,P＝1atm)，CO2密度
Figure BDA0004076370040000041
CH4密度
Figure BDA0004076370040000042
由于不同条件下的气体密度不同，为计算气体质量，需要使用理想气体方程
Figure BDA0004076370040000043
如表1所示，将实验组中的容器体积转换为标准状态下的体积V2，其中容器体积为石英管体积V1＝754(cm3)，取取样时刻的石英管内气压作为气压值，则170℃下气压p2-170＝160Kpa；155℃和140℃下分别为p2-155＝150Kpa、p2-140＝165Kpa(存在差异的原因是充入的气体压强略有差距)。之后计算温室气体产物的质量：
Figure BDA0004076370040000051
其中，对于气体X，mx为该气体的质量(g)；
Figure BDA0004076370040000052
为该气体的含量(％)，如表3所示；ρx为该种气体的密度(g/cm3)，V为上述理想气体方程中标准状态气体体积(cm3)。
为了将不同温室气体对温室效应的贡献在同一框架下评估，通常基于联合国政府间气候变化专门委员会确定的各类温室气体的全球变暖潜能值(Global WarmingPotential,GWP)，将各类温室气体折算为二氧化碳当量(carbon dioxide equivalence,CO2eq)以进行评估：
Figure BDA0004076370040000053
其中，
Figure BDA0004076370040000054
为二氧化碳当量(g)，
Figure BDA0004076370040000055
为CO2气体的质量(g)，
Figure BDA0004076370040000056
为CH4气体的质量(g)，25为CH4的GWP，代表1单位CH4在大气中所造成的温室效应等效于25单位的CO2。
表1实验组数据
Figure BDA0004076370040000057
4、基于寿命预测模型计算直接碳排放水平
根据实验前后样片质量变化，得到样片质损量。建立质损量与气体产物之间的比例关系，其中部分气体产物的部分成分低于上述9790Plus气相色谱仪的检出限，因此缺少数据，统一用“<检出限”的方法标注。本实验在热氧老化条件下，在绝大多数实验组中，环氧树脂每质损1单位质量，就生成约1.46单位质量的CO2，以及约0.2单位质量的CH4；即造成6.46单位质量二氧化碳当量(CO2eq)的直接碳排放。其中，CO2eq按照以下方法计算：
Figure BDA0004076370040000061
其中，
Figure BDA0004076370040000062
为二氧化碳当量(g)，
Figure BDA0004076370040000063
为二氧化碳气体的质量(g)，
Figure BDA0004076370040000064
为甲烷气体的质量(g)，25为甲烷的全球变暖潜能值。
考虑IEC 216-2《确定电绝缘材料耐热性指南》中确定的：以热质量损失率3.4％作为环氧树脂的失效标准。那么在任意温度的老化条件下，只要1单位质量的环氧树脂到达寿命终点，该环氧树脂就在寿命周期内共计产生0.0496单位质量的二氧化碳，以及约0.0068单位质量的甲烷，即造成0.2196单位质量CO2eq的直接碳排放。
由此得到单位质量环氧树脂的直接碳排放水平：
Figure BDA0004076370040000065
其中mt为在x℃下，时长t间1单位环氧树脂的碳排放量；0.2196代表1单位质量的环氧树脂寿命终止时的碳排放量；tx-life为在x℃下环氧树脂的寿命。
目前研究证明环氧树脂在130℃时的寿命长度为1880h，并基于阿伦尼乌斯公式可计算其他温度点下的寿命长度：
Figure BDA0004076370040000066
其中，AF为加速老化因子，代表在温度T下材料的寿命长度为在温度T0下的AF倍；Ea为初始状态活化能，根据热失重实验取得，对于环氧树脂而言为136.15(KJ/mol)；k为摩尔气体常数,≈8.314[J/(mol·K)]。典型干式空心电抗器在长期运行期间，绝缘系统一般可处于95℃的情况，此时环氧树脂材料的寿命为约89300h，于是直接碳排放水平为21.54(kgCO2eq/t/年)
5、基于碳排放因子计算间接碳排放水平
查询Bath university基于《IPCC国家温室气体排放清单指南》的研究，得到环氧树脂材料的碳排放因子为5910(kgCO2eq/t)，在上述的95℃工作条件下，间接碳排放水平为：
Figure BDA0004076370040000071
最终得出，典型干式电抗器在95℃下的单位碳排放水平为：
579.749+21.54＝601.289(kgCO2eq/t/年)
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
制作环氧树脂样片并将环氧树脂样片放入密封石英管中；
抽取石英管内的气体直至气压达到第一阈值后，通入氮氧混合气体直至气压达到第二阈值；
对石英管加热，停止加热后静置，静置完成后收集石英管的气体并对环氧树脂样片称重；
对收集的气体进行成分和含量检测并计算气体质量；
基于环氧树脂样片的质量、气体成分和含量建立寿命预测模型，计算碳排放水平。
2.根据权利要求1所述的一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，其特征在于，利用气相色谱仪对收集的气体进行成分和含量检测。
3.根据权利要求1所述的一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，其特征在于，所述碳排放水平基于二氧化碳当量计算，其中二氧化碳当量的计算公式如下：
Figure FDA0004076370030000011
其中，
Figure FDA0004076370030000012
为二氧化碳当量，
Figure FDA0004076370030000013
为二氧化碳气体的质量，
Figure FDA0004076370030000014
为甲烷气体的质量，25为甲烷的全球变暖潜能值。
4.根据权利要求1所述的一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，其特征在于，所述碳排放水平的计算公式如下：
Figure FDA0004076370030000015
其中，mt为在x℃下，时长t间1单位环氧树脂的碳排放量；tx-life为在x℃下环氧树脂的寿命。
5.根据权利要求1所述的一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，其特征在于，所述环氧树脂样片为直径28mm，厚度2mm的均匀圆片，呈现近无色透明的状态。
6.根据权利要求1所述的一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法，其特征在于，所述第一阈值为-101Kpa，所述第二阈值为140Kpa。
CN202310109912.1A 2023-02-14 2023-02-14 一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法 Pending CN115950784A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310109912.1A CN115950784A (zh) 2023-02-14 2023-02-14 一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310109912.1A CN115950784A (zh) 2023-02-14 2023-02-14 一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115950784A true CN115950784A (zh) 2023-04-11

Family

ID=87282671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310109912.1A Pending CN115950784A (zh) 2023-02-14 2023-02-14 一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115950784A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106855610B (zh) 钛酸锂电池健康状态估算方法
CN110889234B (zh) 一种油浸式变压器内部绝缘油纸老化寿命评估方法
CN111310355B (zh) 一种车载牵引变压器nomex纸寿命衰减的试验与分析方法
JP2010243224A (ja) 耐熱性ポリエステルワニス劣化診断方法
CN115950784A (zh) 一种干式变电设备运行期间碳排放的评估方法
CN111337625A (zh) 沥青多种有害气体室内检测装置及检测方法
CN109164138B (zh) 一种在役燃气聚乙烯管道剩余寿命预测方法
CN112198397B (zh) 一种gis盆式绝缘子局部放电色谱诊断方法
CN113155719A (zh) 电站材料在实际工况中的蒸汽氧化动力学数据获得方法
CN106248912B (zh) 一种变压器油老化的表征方法
JP4155409B2 (ja) トレーサー水素による材料劣化性状評価方法および評価装置
CN115683264A (zh) 锂电池产气量的评估方法及老化工艺中参数优化方法
JPS6125047A (ja) 圧力容器における水素侵食の事前検出方法
CN113252529B (zh) 一种金属管件的高温气体驱动渗透测试系统及测试方法
CN110763774A (zh) 一种油膏析氢吸氢性能测试装置及方法
CN114002054A (zh) 一种高炉炼铁用焦炭高温性能的测量评价方法
CN113964405A (zh) 一种在线监测高电压钴酸锂表面残碱浓度的方法
AU661367B2 (en) Apparatus for analysing carbon products
CN215339515U (zh) 一种运行设备中气/固分解产物检测系统
CN109633074A (zh) 一种自产焦炭制作热态性能标准样的方法
CN111189866A (zh) 一种x荧光光谱仪监控直读光谱仪的检测方法
CN205067171U (zh) 燃料棒裂变气体加压收集装置
JP4050989B2 (ja) コークス炉ガスの発生量および熱量の予測方法ならびに情報処理方法および情報処理装置
CN113340788A (zh) 一种燃料电池气渗定量检测方法
CN113945478A (zh) 一种用于应对煤样水分变化及煤质化验结果计算的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination