倒置式電流互感器絕緣油中氣體變化的分析及計(jì)算方法技術(shù)

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)公開(kāi)了一種基于化學(xué)原理的倒置式電流互感器絕緣油中氫氣與乙炔變化的分析與計(jì)算方法。目前單氫超標(biāo)的異常對(duì)評(píng)判倒置式電流互感器的安全狀況造成了困擾。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)通過(guò)建立熱解反應(yīng)自由基模型、鎳催化反應(yīng)的分析、倒置式電流互感器氫氣超標(biāo)的診斷和進(jìn)行放電故障對(duì)熱解反應(yīng)的影響效應(yīng)分析。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)總結(jié)倒置式電流互感器絕緣油中氫氣和乙炔產(chǎn)生的機(jī)理和變化規(guī)律，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化倒置式電流互感器的運(yùn)行和檢修方式提供指導(dǎo)，更好地維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專(zhuān)利技術(shù)涉及倒置式電流互感器絕緣油中氣體產(chǎn)生和變化的研究，具體地說(shuō)是一種 基于化學(xué)原理的倒置式電流互感器絕緣油中氫氣與乙炔變化的分析與計(jì)算方法。
技術(shù)介紹
包括倒置式電流互感器在內(nèi)的互感器作為按比例變換電壓或電流的設(shè)備，廣泛應(yīng) 用于電力系統(tǒng)之中。它可以隔離一次側(cè)高電壓，保護(hù)二次側(cè)儀表和操作人員安全，也能將大 電流變換成小電流，從而擴(kuò)大儀表的測(cè)量范圍，提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。而倒置式電流互感器中 需要加入礦物絕緣油，通過(guò)浸潰和填充的方式消除設(shè)備內(nèi)絕緣中的氣隙，可以起到絕緣、散 熱冷卻和熄滅電弧的作用。由于倒置式電流互感器這類(lèi)充油電氣設(shè)備內(nèi)的油、紙絕緣材料在熱和電的作用下 會(huì)逐漸老化與分解，產(chǎn)生少量的各種低分子烴類(lèi)、二氧化碳和一氧化碳等氣體。因此，我國(guó) 于20世紀(jì)60年代開(kāi)始對(duì)絕緣油中溶解氣體進(jìn)行分析研究，通過(guò)油中溶解氣體的類(lèi)別和含 量來(lái)對(duì)變壓器、倒置式電流互感器等設(shè)備進(jìn)行潛伏性故障的判斷。在這些研究的基礎(chǔ)上，國(guó) 家頒布了 GB/T7252-2001《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》(以下簡(jiǎn)稱(chēng)《導(dǎo)則》)對(duì)變 壓器、倒置式電流互感器的設(shè)備的故障診斷進(jìn)行指導(dǎo)。20多年來(lái)，油中溶解氣體分析技術(shù)得到廣泛的應(yīng)用，對(duì)保證電力系統(tǒng)安全可靠的 運(yùn)行起到很大作用。但是，隨著金屬膨脹器在倒置式電流互感器中的應(yīng)用，近年來(lái)出現(xiàn)了倒 置式電流互感器油中氫含量偏高的現(xiàn)象。《導(dǎo)則》中對(duì)倒置式電流互感器油中溶解氫的注意 值定為150ppm，但很多設(shè)備在投入運(yùn)行一、兩年內(nèi)就出現(xiàn)了氫氣超標(biāo)，而其他特征氣體的含 量均在正常范圍內(nèi)，對(duì)設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行檢查也未發(fā)現(xiàn)異常。這種單氫超標(biāo)的異常對(duì)評(píng)判倒置式電流互感器的安全狀況造成了困擾。目前很多 研究者關(guān)注到了這一現(xiàn)象，他們認(rèn)為造成這種狀況有以下的幾種可能原因(1)水分的電 解及與鐵的化學(xué)反應(yīng)；(2)烷烴的裂化反應(yīng)；(3)環(huán)已烷的脫氫反應(yīng)。但是以上的解釋大多 是基于客觀事實(shí)的猜測(cè)，缺乏嚴(yán)謹(jǐn)周密的理論分析、依據(jù)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專(zhuān)利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種基于化學(xué) 原理的倒置式電流互感器絕緣油中氫氣與乙炔變化的分析與計(jì)算，其總結(jié)倒置式電流互感 器絕緣油中氫氣和乙炔產(chǎn)生的機(jī)理和變化規(guī)律，對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化倒置式電流互感器的運(yùn)行 和檢修方式提供指導(dǎo)，更好地維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。為此，本專(zhuān)利技術(shù)采用如下的技術(shù)方案倒置式電流互感器絕緣油中氣體變化的分析 及計(jì)算方法，其特征在于，它包括以下各部分a)建立熱解反應(yīng)自由基模型，計(jì)算反應(yīng)速率，反應(yīng)速率的計(jì)算公式如下k (T)=AX (T/298)mXe_Ea/ET,公式中，參數(shù)A、m、Ea 用 CBS-QB3 法和 MPW1B95/6_311+G(2d，2p)法在 Gaussian 軟件程序上進(jìn)行計(jì)算并結(jié)合過(guò)渡態(tài)理論得到，T表示溫度，R為氣體常數(shù)；根據(jù)上述建立的模型，并對(duì)其進(jìn)行分析和計(jì)算得到I)在1800K以下時(shí)，絕緣油無(wú)法熱解產(chǎn)生氫氣；2)在800K以下時(shí)，倒置式電流互感器體系中不產(chǎn)生氫氣；3)較高的溫度有利于氫氣和乙烯的產(chǎn)生,較低的溫度有利于乙燒的產(chǎn)生，甲燒的含量較穩(wěn)定，800K以下時(shí)沒(méi)有氫氣產(chǎn)生，1800K以下時(shí)沒(méi)有乙炔產(chǎn)生。b)鎳催化反應(yīng)的分析；在倒置式電流互感器體系里，鎳存在于金屬膨脹器中，含量為8 11%。膨脹器的成分為不銹鋼06Crl9NilO，這種奧氏體鋼合金，主體為Y鐵的面心立方晶格，間隙之間填充中少量的碳原子，Ni和Cr作為改性成分，隨機(jī)的替換掉晶格中的部分鐵原子。由這種構(gòu)造可知，不銹鋼合金中雖然含有鎳元素，但是并不存在單純的Ni金屬，即不存在具有催化活性的Ni (1，1，1)晶面。另外，不銹鋼表面形成的致密鉻氧化膜也會(huì)阻礙不銹鋼合金和反應(yīng)物的接觸，因此不銹鋼合金是不具有催化效果的。c)倒置式電流互感器氫氣超標(biāo)的診斷針對(duì)不同情況的反應(yīng)特征，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)結(jié)果按照如下的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氫氣超標(biāo)異常進(jìn)行診斷I)若倒置式電流互感器中只有氫氣超標(biāo)，則造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮；2)若倒置式電流互感器中氫氣和總烴同時(shí)超標(biāo)1.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中有甲烷、乙烷、乙烯，且氫氣的含量為總烴含量的1/4左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅骶植窟^(guò)熱；i1.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中有甲烷、乙烷、乙烯，而氫氣的含量明顯的大于總烴含量的1/4時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和局部過(guò)熱；ii1.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中只有甲烷，且氫氣含量在總烴含量4倍左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅鞯湍茈娦怨收?局部放電);iv.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中只有甲烷，而氫氣含量明顯高于總烴含量4倍時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和低能電性故障(局部放電)；3)若倒置式電流互感器中氫氣和乙炔同時(shí)超標(biāo)1.當(dāng)氫氣含量為乙炔以及其他烴類(lèi)氣體含量之和的4倍左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅鞲吣茈娦怨收?火花放電、電弧放電);i1.當(dāng)氫氣含量明顯高于乙炔以及其他烴類(lèi)氣體含量之和的4倍時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和高能電性故障(火花放電、電弧放電)。當(dāng)判定倒置式電流互感器中有明顯的過(guò)熱故障或電性故障時(shí)，應(yīng)停機(jī)檢修。若氫氣超標(biāo)異常的原因判定為倒置式電流互感器體系受潮，在近期內(nèi)于不同的時(shí)刻測(cè)量3次以上的氫氣含量，將氫氣含量和時(shí)間進(jìn)行線(xiàn)性擬合，判斷受潮的起始日期并預(yù)測(cè)氫氣的增長(zhǎng)情況，按實(shí)際需要在合適的時(shí)候?qū)Φ怪檬诫娏骰ジ衅黧w系進(jìn)行干燥除水處理。d)進(jìn)行放電故障對(duì)熱解反應(yīng)的影響效應(yīng)分析I)放電故障通過(guò)高能粒子沖擊和伴隨的高溫?zé)嵝?yīng)絕緣油熱解反應(yīng)發(fā)生作用；2)高能粒子沖擊加速絕緣油的熱解，并使常態(tài)下無(wú)法進(jìn)行的產(chǎn)生乙炔的反應(yīng)得以發(fā)生；高溫?zé)嵝?yīng)在加速熱解反應(yīng)的同時(shí)會(huì)改變熱解產(chǎn)物中的各物質(zhì)的組成；3)擊穿放電時(shí)倒置式電流互感器中的乙炔，是由初始熱解產(chǎn)物甲烷在高能粒子的 沖擊下，溫度到達(dá)1300K左右時(shí)反應(yīng)得到，具體的溫度和體系中氫氣和甲烷的含量有關(guān)；4)模擬實(shí)驗(yàn)中，局部放電的主要熱解產(chǎn)物為氫氣和甲烷，火花放電和電弧放電主 要熱解產(chǎn)物為氫氣和乙炔。本專(zhuān)利技術(shù)從倒置式電流互感器材料的化學(xué)組成出發(fā)，考察體系中各種物質(zhì)的化學(xué)性 質(zhì)，考慮所有可能產(chǎn)生氫氣的反應(yīng)，使用最基本的化學(xué)熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、量子化學(xué)、晶體化 學(xué)、催化化學(xué)等原理，對(duì)各反應(yīng)進(jìn)行分析、計(jì)算，判斷各反應(yīng)發(fā)生的可能性以及反應(yīng)的發(fā)生 情況，解釋倒置式電流互感器中單氫超標(biāo)異常產(chǎn)生的原因。通過(guò)對(duì)絕緣油體系熱分解反應(yīng) 的模擬計(jì)算，得到各特征氣體在不同溫度下的理論比例。收集多臺(tái)倒置式電流互感器的實(shí) 際運(yùn)行參數(shù)和工作情況，建立健康指數(shù)評(píng)估分析模型，對(duì)實(shí)際倒置式電流互感器的健康情 況進(jìn)行評(píng)估，為倒置式電流互感器油中溶解氣體診斷技術(shù)提供理論依據(jù)；對(duì)進(jìn)一步優(yōu)化倒 置式電流互感器的運(yùn)行和檢修方式提供指導(dǎo)，更好地維護(hù)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。附圖說(shuō)明圖1為本專(zhuān)利技術(shù)中C2H2/C2H4值隨溫度的變化曲線(xiàn)。圖2為本專(zhuān)利技術(shù)中CH4/H2值隨溫度的變化曲線(xiàn)。圖3為本專(zhuān)利技術(shù)中C2H4/C2H6值隨溫度的變化曲線(xiàn)。具體實(shí)施方式本專(zhuān)利技術(shù)的具體過(guò)程如下(a).熱解自由基體系的分解模型及分析1、自由基反應(yīng)體系的優(yōu)化自由基反應(yīng)過(guò)程分為鏈引發(fā)、鏈傳遞和鏈終止。鏈引發(fā)是自由基反應(yīng)的起始階 段，反應(yīng)物分子獲得能量生成自由基；鏈傳遞是自由基反應(yīng)的發(fā)展階段，包括自由基斷裂和本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
倒置式電流互感器絕緣油中氣體變化的分析及計(jì)算方法，其特征在于，它包括以下各部分：a)建立熱解反應(yīng)自由基模型，計(jì)算反應(yīng)速率，反應(yīng)速率的計(jì)算公式如下：k（T）=A×(T/298)m×e?Ea/RT，公式中，參數(shù)A、m、Ea用CBS?QB3法和MPW1B95/6?311+G(2d,2p)法在Gaussian軟件程序上進(jìn)行計(jì)算并結(jié)合過(guò)渡態(tài)理論得到，T表示溫度，R為氣體常數(shù)；根據(jù)上述建立的模型，并對(duì)其進(jìn)行分析和計(jì)算得到：1)在1800K以下時(shí)，絕緣油無(wú)法熱解產(chǎn)生氫氣；2)在800K以下時(shí)，倒置式電流互感器體系中不產(chǎn)生氫氣；3)較高的溫度有利于氫氣和乙烯的產(chǎn)生，較低的溫度有利于乙烷的產(chǎn)生，甲烷的含量較穩(wěn)定，800K以下時(shí)沒(méi)有氫氣產(chǎn)生，1800K以下時(shí)沒(méi)有乙炔產(chǎn)生；b)鎳催化反應(yīng)的分析；c)倒置式電流互感器氫氣超標(biāo)的診斷：針對(duì)不同情況的反應(yīng)特征，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)結(jié)果按照如下的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氫氣超標(biāo)異常進(jìn)行診斷：1)若倒置式電流互感器中只有氫氣超標(biāo)，則造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮；2)若倒置式電流互感器中氫氣和總烴同時(shí)超標(biāo)：i.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中有甲烷、乙烷、乙烯，且氫氣的含量為總烴含量的1/4左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅骶植窟^(guò)熱；ii.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中有甲烷、乙烷、乙烯，而氫氣的含量明顯的大于總烴含量的1/4時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和局部過(guò)熱；iii.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中只有甲烷，且氫氣含量在總烴含量4倍左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅鞯湍茈娦怨收希籭v.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中只有甲烷，而氫氣含量明顯高于總烴含量4倍時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和低能電性故障；3)若倒置式電流互感器中氫氣和乙炔同時(shí)超標(biāo)：i.當(dāng)氫氣含量為乙炔以及其他烴類(lèi)氣體含量之和的4倍左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅鞲吣茈娦怨收希籭i.當(dāng)氫氣含量明顯高于乙炔以及其他烴類(lèi)氣體含量之和的4倍時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和高能電性故障；d)進(jìn)行放電故障對(duì)熱解反應(yīng)的影響效應(yīng)分析。...

【技術(shù)特征摘要】
1.倒置式電流互感器絕緣油中氣體變化的分析及計(jì)算方法，其特征在于，它包括以下各部分 a)建立熱解反應(yīng)自由基模型，計(jì)算反應(yīng)速率，反應(yīng)速率的計(jì)算公式如下k (T) =AX (T/298)mXe_Ea/ET, 公式中，參數(shù) A、m、Ea 用 CBS-QB3 法和 MPW1B95/6_311+G(2d，2p)法在 Gaussian 軟件程序上進(jìn)行計(jì)算并結(jié)合過(guò)渡態(tài)理論得到，T表示溫度，R為氣體常數(shù)； 根據(jù)上述建立的模型，并對(duì)其進(jìn)行分析和計(jì)算得到 1)在1800K以下時(shí)，絕緣油無(wú)法熱解產(chǎn)生氫氣； 2)在800K以下吋，倒置式電流互感器體系中不產(chǎn)生氫氣； 3)較高的溫度有利于氫氣和こ烯的產(chǎn)生，較低的溫度有利于こ燒的產(chǎn)生，甲燒的含量較穩(wěn)定，800K以下時(shí)沒(méi)有氫氣產(chǎn)生，1800K以下時(shí)沒(méi)有こ炔產(chǎn)生； b)鎳催化反應(yīng)的分析； c)倒置式電流互感器氫氣超標(biāo)的診斷 針對(duì)不同情況的反應(yīng)特征，結(jié)合實(shí)際檢測(cè)結(jié)果按照如下的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氫氣超標(biāo)異常進(jìn)行診斷 1)若倒置式電流互感器中只有氫氣超標(biāo)，則造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮； 2)若倒置式電流互感器中氫氣和總烴同時(shí)超標(biāo)1.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中有甲烷、こ烷、こ烯，且氫氣的含量為總烴含量的1/4左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅骶植窟^(guò)熱； i1.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中有甲烷、こ烷、こ烯，而氫氣的含量明顯的大于總烴含量的1/4時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅黧w系受潮和局部過(guò)熱； ii1.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中只有甲烷，且氫氣含量在總烴含量4倍左右時(shí)，造成異常的原因?yàn)榈怪檬诫娏骰ジ衅鞯湍茈娦怨收希? iv.當(dāng)烴類(lèi)特征氣體中只有甲...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：谷小博，胡文堂，劉黎，周?chē)?guó)良，李晨，余輝，羅運(yùn)柏，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：浙江省電力公司電力科學(xué)研究院，國(guó)家電網(wǎng)公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：