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变压器绝缘介质(纸油)中水分的测量方法

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发表于 2013-3-14 10:21 |显示全部楼层
本帖最后由 默默一个 于 2013-3-14 10:23 编辑

  11. 附件:变压器绝缘介质(纸油)中水分的测量方法
                                                 (节选)

11.1, 卡尔费休滴定法的准确度
卡尔费休滴定法是一种非常可靠的测量方法,但也受如下一些因素影响:
油样在准备和运到实验室过程中,大气中的水分总会可能渗入到样品中,特别是现场采样的样品,因此所有水分测量数据均偏高。
比较干燥的油品当采用加热方法时,无效数值影响了水分的测量,这种油品中的水含量一般都小于10ppm。此外直接注射和加热方法造成水分测量有偏差,原因可能是:
油品中的添加剂和长期使用产生的副产品(如乙醛和甲酮)产生的影响
水分子的结合力不同。在纤维素中表现为氢键力和凡得瓦力(Van Der Waals),在矿物油中含有的活性污染物与水分子间表现为氢氧化物中凡得瓦力。油品中溶解的水分很容易发生化学反应,但分子间的‘键联水’受加热温度和化学反应时间长短的影响,溶解量不确定。

滴定的基本意思就是两种物质的定量化学反应,直至达到平衡。卡尔费休方法就是利用某一试剂和水能进行定量和敏感的反应,从而测量水的数量。反应方程 (23)如下:

I2 + SO2 +3Base +ROH +H2O → 2Base +HI +Base +H2SO4                                                                     (23)

这种方法可以用于容量滴定系统,也可以电量(库伦)滴定系统。

卡尔费休滴定法的准确度
卡尔费休滴定法是一种非常可靠的测量方法,但也受如下一些因素影响:
     油样在准备和运到实验室过程中,大气中的水分总会可能渗入到样品中,特别是现场采样的样品,因此所有水分测量数据均偏高。
     比较干燥的油品当采用加热方法时,无效数值影响了水分的测量,这种油品中的水含量一般都小于10ppm。此外直接注射和加热方法造成水分测量有偏差,原因可能是:
        油品中的添加剂和长期使用产生的副产品(如乙醛和甲酮)产生的影响
        水分子的结合力不同。在纤维素中表现为氢键力和凡得瓦力(Van Der Waals),在矿物油中含有的活性污 染物与水分子间表现为氢氧化物中凡得瓦力。油品中溶解的水分很容易发生化学反应,但分子间的‘键联水’受加热温度和化学反应时间长短的影响,溶解量不确定。

11.2,电容型探头法
电容型探头法测量水的相对饱和度。探头上的传感器由上下两个电极和一个感湿的电介质(即高分子聚合物)构成。水分子侵入到聚合物的多少取决于它周围水的活度(相对饱和度),聚合物中水量改变了电容量,从而建立起水活度与电容量之间的关系。电容型探头法的优点是很容易应用,可以在线连续测量。与采样/运输到实验室的卡尔费休滴定法相比,有较高的准确度。

电容型探头法的准确度
此法必须对温度和非线性有补偿,特别是低湿段。除了水分子,其它分子也会进入到高分子聚合物,改变电容量,导致测量误差。但这种影响很小,这是因为油品长期使用产生的副产品的介电常数与水分子的介电常数相比非常小。强酸可能会腐蚀电极,改变电容特性,因此需要周期性对探头进行校准。

商业性所使用的传感器的差异取决于它们的长期稳定性,是否能获得稳定的测量数据。

电容型探头法的在线监测应用
电容型探头的优点之一就是容易实施在线监测。虽然变压器中水分变化不快,但连续测量油中水还是能很大程度上解决变压器中温度变化所引起的问题。在6.2章节已经提到,油中水分到绝缘纸中水分转变的平衡曲线是在稳定温度条件下适用的,实际情况是变压器每日的负荷和温度是变化的,只采样一次油品可能会导致固体绝缘物中水分的错误评估。而连续监测就使判断水分渗透时间和显著改善水分含量的计算成为可能。

从传感器相对饱和度(RS)的记录和如果探知线圈温度,就有可能计算出线圈周围油中相对饱和值。图17描述的平衡曲线可被用来评估纤维素中最大水份含量。连续监测还可以描述水分吸收或释放时间的延迟。


图27是一个在变压器上采用电容型探头进行水分测量的在线监测系统的应用实例。

图27:从一个在线监测系统中计算出的最高油温、油品/纤维素相对饱和度曲线

图27:从一个在线监测系统中计算出的最高油温、油品/纤维素相对饱和度曲线



图27:从一个在线监测系统中计算出的最高油温、油品/纤维素相对饱和度曲线

变压器负载系数影响了最高油温,进而影响了油中水分的相对饱和度。长期记录曲线说明油中水分与纤维素中水分的相对饱和度之间的关系和油中水分量。再根据图17曲线得出纤维中水分重量。很显然这个结论适用于纤维物和油品,如果处在同一温度情况下。如果探头能够插到热油流中或尽可能靠近线圈,那么这些结果非常可靠。

11.3,冷镜式露点仪
冷镜式露点仪测量气体中的结露温度。优点在于它是直接的物理测量湿度的方法,准确度非常高(小于1%RS),而缺点是需要非常清洁的镜面和稳定读数需要很长的时间。此类仪表大多用于实验室校准。

11.4,电介质响应法
电介质响应法可以在不打开变压器或取走油样的情况下,测量固体绝缘物中的水分,可以在线使用。电介质响应法测量电介质的导电特性和极化特性的叠加。

电介质响应法的可靠性
极化/去极化电流测量(PDC)和FDS等电介质响应法在过去几年发展迅速,现在可以提供可靠的数据结果。但此类方法还是受到如下因素的影响:
       绝缘材料的温度极易改变计算后得出的水份。变压器上的温度计显示的是油槽中的油液温度,而不是绝缘温度。
       油液长期使用后的杂质性产物和绝缘纸板中的分解物增加了整个绝缘的导电性,因此长期使用的变压器显得比实际更‘湿’。




维萨拉公司提示:
无论是在线监测还是离线检测,任何一种测量方法都有其优点和缺点。只有采取多种方法,结合其它状态参数的测量结果,加上行之有效的数据分析(方法),才能充分提高测量结果的针对性、准确性和可靠性。维萨拉公司生产的油中水分测量仪表遵循的是长期稳定可靠的在线测量原则。
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