一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法
阅读说明：本技术 一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法 (Method for evaluating corrosion degree of oil-immersed power transformer ) 是由 何智杰 傅炜婷 黄鹏 曾建敏 黄昭云 洪文斌 颜城 郑哲艺 林燕桢 林瑞聪 洪君 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法,包括测定绝缘纸中铜元素含量和铝元素含量；计算绝缘纸的腐蚀程度c1；测定绝缘油中铜元素含量、铝元素含量、水分含量和酸值；计算绝缘油的腐蚀程度c2；电力变压器腐蚀程度的综合评估步骤。该评估方法基于绝缘纸和绝缘油相关指标参数去对电力变压器腐蚀情况进行评估,更为全面以及具有较高的精准度。(The invention relates to an assessment method of corrosion degree of an oil-immersed power transformer, which comprises the steps of measuring the content of copper element and the content of aluminum element in insulating paper; calculating the corrosion degree c1 of the insulating paper; measuring the content of copper element, the content of aluminum element, the content of water and the acid value in the insulating oil; calculating the corrosion degree c2 of the insulating oil; and comprehensively evaluating the corrosion degree of the power transformer. The evaluation method is used for evaluating the corrosion condition of the power transformer based on the relevant index parameters of the insulating paper and the insulating oil, and is more comprehensive and has higher accuracy.)
技术领域
本发明涉及电力变压器的性能评估技术领域，尤其涉及一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法。
背景技术
电力一直作为重要的生产动力，早已成为人民生活中不可或缺的能源。随着中国电网规模和复杂性的不断提高，确保电网安全可靠运行并避免大规模停电变得越来越困难。因此，电网的安全运行对于确保人们用电的安全性以及满足社会的用电需求尤其重要。电力变压器作为电网安全稳定运行的核心设备，在长期运行中，变压器绝缘油中的腐蚀性硫化物和金属发生反应生成的产物会导致其电气性能下降，危害绝缘安全，影响电网的稳定运行。
现有的变压器绝缘老化评估主要通过通过评估绝缘纸的聚合度以及测量绝缘纸老老化副产物例如碳氧气体、糠醛和低分子醇类的含量来获得油浸式电力变压器的腐蚀程度。现有技术主要上述方法评估不够准确，存在较大误差，因此现需一种电力变压器腐蚀程度的评估方法来对电力变压器进行有效全面的评估，及时发现电力变压器的电气性能缺陷，为电力变压器的安全运行提供保障。
现有研究例如“基于铜失重的变压器油硫腐蚀程度定量表征方法”，舒想、李庆民、丛浩熹、张敏昊、杜诗悦，绝缘材料，2019,52(5)，第75～81页中指出，变压器油中腐蚀性硫与铜绕组反应，生成硫化亚铜附着在绝缘纸表面，造成绝缘纸电气性能下降从而引发故障。铜失重质量与变压器油中腐蚀性硫的浓度具有较好的相关性，油中腐蚀性硫的浓度越高，铜片失重质量越大，该方法能够准确检测出实际运行变压器油的硫腐蚀程度。铜片主要发生氧化反应和硫腐蚀反应，基于质量守恒定律，可得到硫腐蚀反应导致的铜片质量损失，实现变压器油硫腐蚀程度的定量表征。
另有研究例如“套管中铝箔的油硫腐蚀现象及其对油纸绝缘性能的影响试验探究”，项敏、袁媛、何潇、张成行、廖瑞金，高压电技术，第45卷第2期，第484～491页，2019年2月28日一文中指出油浸式套管的绝缘结构与变压器的油纸绝缘不同，铜芯外部由金属铝箔和绝缘纸交替包裹而形成圆柱体电容屏，可以看出，铝箔是套管油纸绝缘系统中特有的存在，且占有一定比例。而铝箔比铜的金属活动性更强，铝箔的存在很可能对套管在各种老化因素下的绝缘性能变化产生很大影响。另外，套管体积小、油量少、结构封闭、电场强度高且集中，与变压器的绝缘结构相比，套管油纸绝缘结构的特殊性使其更容易受到油硫腐蚀的影响，进而带来更严重的危害。“油-纸-铝箔”结构中的铝箔在一定酸值和含硫量绝缘油条件下存在腐蚀现象，并且DBDS的存在会加剧腐蚀，通过测试油中铝元素含量可以用来判断铝箔腐蚀程度。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法，该评估方法基于绝缘纸和绝缘油相关指标参数去对电力变压器腐蚀情况进行评估，更为全面以及具有较高的精准度。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法，包括以下步骤：
S1：测定绝缘纸中铜元素含量和铝元素含量：
对需评估的电力变压器进行绝缘纸取样，测试绝缘纸中的铜元素含量PCu和铝元素含量PAl，其中，PCu和PAl均为百分数；
S2：计算绝缘纸的腐蚀程度c1：
计算绝缘纸的腐蚀程度c1，计算公式如下：
S3：测定绝缘油中铜元素含量、铝元素含量、水分含量和酸值：
对需评估的电力变压器进行绝缘油取样，测试得到绝缘油中的铜元素含量OCu和铝元素含量OAl，其中OCu和OAl均为百分数；
测试得到绝缘油中的水分含量Ow，单位为ppm；
测试得到绝缘油中的酸值Oa，单位为mgKOH/g；
S4：计算绝缘油的腐蚀程度c2：
先根据绝缘油中铜元素含量OCu、铝元素含量OAl计算腐蚀程度a1，计算公式如下：
a1＝0.6×OCu×64+0.4×OAl×27
再根据绝缘油中的水分含量Ow计算腐蚀程度a2，计算公式如下所示：
然后根据绝缘油中的酸值Oa计算腐蚀程度a3，计算公式如下所示：
a3＝λ×|lgOa|2
其中，λ是温度系数，当外界环境温度平均处于15摄氏度以下时，λ取值为0.95；当外界环境温度平均处于15～25摄氏度时，λ取值为1；当外界环境温度平均处于25摄氏度以上时，λ取值为1.05；
最后得到绝缘油的腐蚀程度c2，其计算公式如下所示：
S5：电力变压器腐蚀程度的综合评估：
根据绝缘纸的腐蚀程度c1和绝缘油的腐蚀程度c2计算电力变压器腐蚀程度c，计算公式如下：
当c≤7时，电力变压器腐蚀程度较低，即电力变压器腐蚀情况不严重；当7＜c≤9时，电力变压器腐蚀程度中等，即电力变压器腐蚀情况一般；当c＞9时，电力变压器腐蚀程度较高，即电力变压器腐蚀情况较为严重。
其中，步骤S1具体采用扫描电镜能谱仪测试绝缘纸中的铜元素含量PCu，使用扫描电镜能谱仪测试绝缘纸中的铝元素含量PAl。
其中，步骤S3具体采用电感耦合离子发射光谱法测试得到绝缘油中的铜元素含量OCu；采用电感耦合离子发射光谱法测试得到绝缘油中的铝元素含量OAl。
其中，步骤S1中取样的绝缘纸取的是变压器器身绕组的绝缘纸。
其中，步骤S3中取样的绝缘油取的是变压器油箱的绝缘油。
本发明具有如下有益效果：
本发明的油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法能直观全面的评估油浸式电力变压器的腐蚀程度。
附图说明
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明：
参见图1，一种油浸式电力变压器腐蚀程度的评估方法，包括以下步骤：
S1：测定绝缘纸中铜元素含量和铝元素含量：
对需评估的电力变压器进行绝缘纸取样，取样的绝缘纸具体取的是变压器器身绕组的绝缘纸，采用扫描电镜能谱仪测试绝缘纸中的铜元素含量PCu，采用扫描电镜能谱仪测试绝缘纸中的铝元素含量PAl，其中，PCu和PAl均为百分数；
S2：计算绝缘纸的腐蚀程度c1：
计算绝缘纸的腐蚀程度c1，计算公式如下：
其中，64是铜的相对原子质量，27是铝的相对原子质量；
其中，PCu为取样绝缘纸中的铜元素含量PCu；PAl为取样绝缘纸中的铝元素含量。
S3：测定绝缘油中铜元素含量、铝元素含量、水分含量和酸值：
S3-1：对需评估的电力变压器进行绝缘油取样，取样的绝缘油具体取的是变压器油箱的绝缘油，采用电感耦合离子发射光谱法测试得到绝缘油中的铜元素含量OCu，其中OCu为百分数；
S3-2：采用电感耦合离子发射光谱法测试得到绝缘油中的铝元素含量OAl，其中OAl为百分数；
S3-3：使用卡尔费休水分测试仪、梅特勒电子天平、振动台、试管以及真空干燥箱等来测试得到绝缘油中的水分含量Ow，单位为ppm；
使用卡尔费休水分测试仪、梅特勒电子天平、振动台、试管以及真空干燥箱等来测试得到绝缘油中的水分含量Ow的具体步骤如下：
(1)试验设备
油中水分含量测试试验使用的设备包括卡尔费休水分测试仪、高精度称重的梅特勒电子天平、搅拌油中水分的振动台、试管以及干燥试管的真空干燥箱。
(2)水分含量的测试过程
①按仪器说明书连接仪器电源线，调试仪器。在使用各试管及注射器前，将其置于真空干燥箱以115℃±5℃加热16到24小时，进行干燥处理。并在干燥器中冷却，保存在干燥器中直到需要为止。
②将电极引线接到库仑分析仪指定位置。开动电磁搅拌器，开始电解所存在的残余水分。若电解液过碘，注入适量含水甲醇或纯水，此时电解液颜色逐渐变浅，最后呈黄色进行电解。
③当电解液达到终点，选择合适的延迟时间，优选50s档，按下启动钮，用0.5μl注射器量取0.1μl蒸馏水或除盐水(或用已知含水量的标样)，通过电解池上部的进样口注入电解池，进行校正。仪器显示毫库数与理论值的相对误差不应超过±5％，超出此范围，应调整电流补偿器。当连续三次进0.1μl水均达要求值，才能认为仪器调整完毕。
④仪器调整平衡后，用干燥的注射器取试油。在注射器中填满绝缘油液体，使针尖保持在液体表面以下。取油后，将注射器垂直放置，针头朝上，排出注射器内所有气泡。将注射器内的液体排出，再重新填充注射器。之后使用注射器排出约2ml的样品，用以冲洗针头，并使用电子天平对注射器进行初始重量称重。
⑤根据制造商的说明操作仪器控制开始电解，并通过快速注入适量的样品到滴定容器中。针尖不允许接触试剂表面。之后再次称重注射器重量，记录注射的样品质量为M(克)。使用振动台确保油与溶剂充分混合。且仪器自平衡后或在滴定过程中不得改变搅拌器的转速。
⑥滴定完成后，从显示器上读出滴定测量的水分重量m(微克)。并进行重复测定，同一试验至少重复操作二次以上，取平均值。
式中：m是水的量滴定量，单位是微克(μg)；
M是绝缘液体的质量，单位是克(g)；
ppm为百万分率，表示溶质质量占全部溶液质量的百万分比，1ppm＝1μg/g。
S3-4：使用锥形瓶、球星回流冷凝管、微量滴定管、水浴装置等来测试得到绝缘油中的酸值Oa，单位为mgKOH/g；
使用锥形瓶、球星回流冷凝管、微量滴定管、水浴装置等来测试得到绝缘油中的酸值Oa的具体步骤如下：
(1)试验设备及试剂
酸值是表示油中含有酸性物质的数量，中和1g油中的酸性物质所需的氢氧化钾的毫克数称为酸值(mgKOH/g)。
试验仪器：锥形瓶、球星回流冷凝管、微量滴定管、水浴
试验试剂：氢氧化钾、95％乙醇、碱性蓝6B、甲苯酚红、稀盐酸
(2)测试流程
①用清洁干燥的锥形瓶称取试样8～10克，称准至0.2克。
②在另外一只清洁无水的锥形瓶中，加入95％乙醇50毫升，装上回流冷凝管，在不断摇动下将乙醇煮沸5分钟，除去溶解95％乙醇中的二氧化碳。
在煮沸的乙醇中加入0.5毫升碱性蓝6B，趁热用0.05N氢氧化钾乙醇溶液中和，直至溶液由蓝色变为浅红色(或由黄色变为紫红色)为止。对未中和就已呈现浅红色的乙醇，若要用它测定酸值较小的试样，可事先用0.05N稀盐酸若干滴，中和乙醇恰好至微酸性，然后按上述步骤中和至溶液由蓝色变为浅红色(或由黄色变为紫红色)为止。
③将中和过的95％乙醇注入装有已称好试样的锥形瓶中，并装置回流冷凝管。在不断摇动下，将溶液煮沸5分钟。
在煮沸过的混合液中，加入0.5毫升的碱性蓝6B，趁热用0.05N氢氧化钾乙醇溶液中和，直至溶液由蓝色变为浅红色(或由黄色变为紫红色)为止。
对于在滴定终点不能呈现浅红色的试样，允许滴定达到混合液的缘由颜色开始明显地改变时作为终点。
在每次滴定中，自锥形瓶停止加热到滴定终点所经过的时间不应超过3分钟。
(3)计算绝缘油中中和酸值
试样的酸值X按下式计算：
T＝56.1N
式中：
V—滴定是所消耗氢氧化钾乙醇溶液的体积，毫升；
G—试样的重量，克；
T—氢氧化钾乙醇溶液的滴定度，毫克KOH/毫升；
56.1—氢氧化钾的克当量；
N—氢氧化钾乙醇溶液的的当量浓度，N。
S4：计算绝缘油的腐蚀程度c2：
先根据绝缘油中铜元素含量OCu、铝元素含量OAl计算腐蚀程度a1，计算公式如下所示：
a1＝0.6×OCu×64+0.4×OAl×27
其中，64是铜的相对原子质量，27是铝的相对原子质量；
其中，OCu为取样绝缘油中铜元素含量；OAl为取样绝缘油中铝元素含量。
再根据绝缘油中的水分含量Ow计算腐蚀程度a2，计算公式如下所示：
然后根据绝缘油中的酸值Oa计算腐蚀程度a3，计算公式如下所示：
a3＝λ×|lgOa|2
其中，λ是温度系数，当外界环境温度平均处于15摄氏度以下时，λ取值为0.95；当外界环境温度平均处于15～25摄氏度时，λ取值为1；当外界环境温度平均处于25摄氏度以上时，λ取值为1.05；
最后得到绝缘油的腐蚀程度c2，其计算公式如下所示：
S5：电力变压器腐蚀程度的综合评估：
根据绝缘纸的腐蚀程度c1和绝缘油的腐蚀程度c2计算电力变压器腐蚀程度c，计算公式如下：
当c≤7时，电力变压器腐蚀程度较低，即电力变压器腐蚀情况不严重；当7＜c≤9时，电力变压器腐蚀程度中等，即电力变压器腐蚀情况一般；当c＞9时，电力变压器腐蚀程度较高，即电力变压器腐蚀情况较为严重。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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