專(zhuān)利名稱(chēng)：一種測(cè)定變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體樣品溶解在液體中的定量配制裝置和與氣相色譜聯(lián)用定量分析技術(shù)，特別是氣相色譜測(cè)定變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)技術(shù)，具體地說(shuō)涉及一種變壓器油中溶解氣體在線(xiàn)采集并一次進(jìn)樣完成歸一化定量分析的直接進(jìn)樣裝置以及進(jìn)樣方法。
背景技術(shù)：
長(zhǎng)期以來(lái)，變壓器油中溶解氣體分析(dissolved gas analysis，DGA)已被世界各國(guó)公認(rèn)為是監(jiān)測(cè)和診斷充油電力變壓器早期故障、預(yù)防災(zāi)難性事故最好的方法。實(shí)驗(yàn)室中對(duì)變壓器油溶解氣體分析的標(biāo)準(zhǔn)方法主要有真空脫氣法、氣體提取法，和溶解平衡法。由于在實(shí)驗(yàn)室分析變壓器油中溶解氣體需要到現(xiàn)場(chǎng)采樣，采樣費(fèi)時(shí)費(fèi)力且有漏采和漏檢問(wèn)題，很難每天采樣測(cè)試，有不能及時(shí)提供分析結(jié)果的弊端。因此在線(xiàn)分析方法及裝置的研究非常必要。
ASTM3612采用真空法測(cè)定變壓器油中溶解氣體含量，其特點(diǎn)是氣體提取效率高，但由于其方法中采用了汞作為密封介質(zhì)，操作復(fù)雜，安全性差，而且在線(xiàn)分析裝置復(fù)雜。我國(guó)GB7252采用的是溶解平衡法，采用機(jī)械震蕩來(lái)縮短平衡時(shí)間，其特點(diǎn)是以靜態(tài)頂空為原理，操作簡(jiǎn)便，重復(fù)性和再現(xiàn)性差(要求不同實(shí)驗(yàn)室間的平行實(shí)驗(yàn)結(jié)果不大于30％)，其測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性主要取決于所采用的奧斯特瓦爾德(Ostwald)系數(shù)K值的準(zhǔn)確性。同時(shí)因?yàn)閲?guó)標(biāo)GB7252僅給出了50℃條件下的奧斯特瓦爾德(Ostwald)系數(shù)，使得在線(xiàn)分析受到限制。頂空法在線(xiàn)分析裝置簡(jiǎn)單，但必須已知現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境溫度下的溶解氣體分配常數(shù)，因此測(cè)定不同溫度下的分配常數(shù)非常必要。
奧斯特瓦爾德系數(shù)定義為
即當(dāng)氣、液兩相達(dá)到平衡時(shí)，對(duì)某特定氣體來(lái)說(shuō)C0i＝KiCgi(2)式中C0i-在平衡條件下，溶解在油中組分i的濃度，ppm；Cgi-在平衡條件下，氣相中組分i的濃度，ppm；Ki-組分i的奧斯特瓦爾德系數(shù)，即分配常數(shù)。
根據(jù)封閉體系組分的質(zhì)量平衡方程，可以得到以下表達(dá)式Xi＝Cg(Ki+β)(3)式中Xi-溶解在油中組分i的原始濃度，ppm；Cgi-在平衡條件下，氣相中組分i的濃度，ppm；Ki-組分i的奧斯特瓦爾德系數(shù)；β-平衡條件下的氣液相比，即Vg/Vl。
式(3)為國(guó)標(biāo)GB7252-2001采用的計(jì)算公式，此方法必須已知平衡條件下的相比。
當(dāng)Vg遠(yuǎn)小于Vl時(shí)，相比β＝Vg/Vl∝0，則(3)式可以簡(jiǎn)化為Xi＝KiCg(4)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種氣相色譜測(cè)定變壓器油中溶解氣體氣液分配常數(shù)的裝置，以及進(jìn)樣方法。本發(fā)明適合于電力系統(tǒng)用于溶解氣體分析基礎(chǔ)參數(shù)的測(cè)定。
本發(fā)明提供的裝置簡(jiǎn)單，方法可靠，定量準(zhǔn)確，人為誤差小。
具體地說(shuō)，本發(fā)明提供的裝置主要由恒溫水浴、磁力攪拌器、油氣平衡瓶、平衡注射器、六通閥、體積測(cè)量瓶組成，其各部分之間由傳輸毛細(xì)管相連接。恒溫水浴控制實(shí)驗(yàn)溫度，其控溫精度為±0.1℃，磁力攪拌器對(duì)變壓器油進(jìn)行攪拌，縮短平衡時(shí)間，油氣平衡瓶及平衡注射器實(shí)現(xiàn)標(biāo)油配制、油氣平衡、平衡壓力和進(jìn)樣等操作，六通閥連接油氣平衡瓶和氣相色譜儀，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)分析。水浴槽的設(shè)計(jì)采用無(wú)磁性材料，保證磁力攪拌器正常使用，溫度控制系統(tǒng)采用人工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器，控溫精度為±0.1℃。循環(huán)水泵保證水浴溫度均勻。
本發(fā)明采用六通閥，直接與油氣平衡瓶相連，同時(shí)在樣品放空口連接一體積測(cè)定瓶。通過(guò)推動(dòng)注射器將氣體引入六通閥定量管中，并由放空口的體積測(cè)定瓶測(cè)定流出氣體的體積，從而實(shí)現(xiàn)了平衡氣體的采集過(guò)程；然后轉(zhuǎn)動(dòng)六通閥至進(jìn)樣位，載氣攜帶樣品直接進(jìn)入氣相色譜一次性定量分析。
本發(fā)明提供的測(cè)定方法，是將油氣平衡和氣相色譜分析有機(jī)地結(jié)合在一起，能在短時(shí)間達(dá)到氣液平衡，并通過(guò)閥進(jìn)樣直接進(jìn)行氣相色譜分析，定量準(zhǔn)確，操作簡(jiǎn)單，特別適用于變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)的測(cè)定。所述的油氣平衡方法，是采用油氣平衡瓶，與體積平衡注射器相連，置于恒溫水浴中，采用磁力攪拌縮短平衡時(shí)間。油氣平衡瓶的設(shè)計(jì)避免了氣體的溢出，注射器的自由滑動(dòng)可以保證體系壓力保持常壓。
該方法的設(shè)計(jì)使得Vg遠(yuǎn)小于Vl，相比β＝Vg/Vl＝0.0125。若忽略相比，對(duì)分配常數(shù)較小的甲烷(K＝0.39，50℃)來(lái)說(shuō)，相對(duì)誤差僅為3.2％，其它組分的誤差更小。因此采用氣相色譜測(cè)定不同溫度平衡條件下的氣相組分濃度，根據(jù)(4)式即可計(jì)算出的該溫度下的奧斯特瓦爾德系數(shù)，而且由于采用微填充柱分析，取樣量?jī)H為20～80μL，配制一次標(biāo)準(zhǔn)油樣可以同時(shí)測(cè)定20～90℃若干溫度下的分配常數(shù)。
本發(fā)明裝置示意圖見(jiàn)圖1。圖1是變壓器油中溶解氣體氣液分配常數(shù)測(cè)定裝置的流程圖，已知濃度的變壓器油中溶解氣體在平衡瓶中達(dá)到氣液平衡，而后推動(dòng)注射器使平衡氣體通過(guò)石英毛細(xì)管進(jìn)入六通閥定量管中，閥切換進(jìn)入氣相色譜中定量分析。


下面通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)的敘述，同時(shí)說(shuō)明本發(fā)明與傳統(tǒng)方法比較的不同點(diǎn)。
圖1是變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)測(cè)定裝置的流程圖。已知濃度的變壓器油中溶解氣體在平衡瓶中達(dá)到氣液平衡，而后推動(dòng)注射器使平衡氣體通過(guò)石英毛細(xì)管進(jìn)入六通閥定量管中，閥切換進(jìn)入氣相色譜中定量分析。
圖2是變壓器油中烴類(lèi)溶解氣體氣相色譜圖；具體實(shí)施方式
實(shí)施例本發(fā)明的裝置請(qǐng)參見(jiàn)圖1。一油氣平衡瓶3，整體置于恒溫水浴1中，瓶底部安有一磁力攪拌器2，油氣平衡瓶3內(nèi)放有磁力攪拌子，以對(duì)油氣平衡瓶3同時(shí)進(jìn)行恒溫和攪拌。恒溫水浴1由水浴槽、加熱棒、熱電偶(鉑電阻)、溫度調(diào)節(jié)器以及循環(huán)水泵組成，其中的水浴槽是用無(wú)磁性材料制成，例如但不限定地可用不銹鋼、鋁合金、玻璃等材料。關(guān)于恒溫水浴是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟悉的，根據(jù)上面的一段描述是很容易理解和想像的。因此本發(fā)明對(duì)該恒溫水浴不作過(guò)多的介紹。
置于水浴槽中的油氣平衡瓶3內(nèi)自瓶口至瓶底垂直地插置一通管7，該通管7例如但不限定地可用玻璃管或石英毛細(xì)管。該通管7的另一端與一活塞注射器4相連接。
油氣平衡瓶3的側(cè)管通過(guò)一管道8(例如石英毛細(xì)管)與六通閥5相連接，該六通閥5還分別相連有體積測(cè)量瓶6和氣相色譜儀(圖中未示)。
本發(fā)明采用的石英毛細(xì)管其內(nèi)徑可以是0.25mm、0.32mm或0.53mm。
將25#變壓器油置于3L燒瓶中，在磁力攪拌的條件下抽真空2小時(shí)，真空度小于10Pa，以除去其中的溶解氣體，處理過(guò)的空白油保持一定的真空待用。將空白油真空吸入一定體積的油氣平衡瓶3中直至全部充滿(mǎn)，該油氣平衡瓶3的體積為4L，置于恒溫水浴中通過(guò)自由滑動(dòng)的活塞注射器4平衡體積變化，用100mL氣密注射器將50mL標(biāo)準(zhǔn)混合氣體注入油氣平衡瓶中，磁力攪拌直至氣體全部溶解在油中。計(jì)算溶解氣體濃度。
用100mL氣密注射器取一定體積的空白氮?dú)?也可以是氦氣或氬氣)，注入油氣平衡瓶中，相同體積的標(biāo)油溢出至活塞注射器4中，由于注射器活塞4可以自由滑動(dòng)，從而保證瓶?jī)?nèi)壓力為常壓。恒溫水浴，磁力攪拌至油氣平衡，停止磁力攪拌，靜止10分鐘后，推動(dòng)活塞注射器4，將平衡氣體通過(guò)一根外涂保護(hù)層的熔融石英毛細(xì)管8引入六通閥5定量管中，轉(zhuǎn)動(dòng)六通閥5實(shí)現(xiàn)氣相色譜進(jìn)樣和定量分析。
色譜柱為微填充柱2m×1mmI.D.，固定相為100-120目GDX502，載氣為N2，流速3mL/min，柱溫60℃，檢測(cè)器為FID，溫度250℃。閥進(jìn)樣，定量管為80μL。按照以上色譜條件，各組分分離度均大于1.5，滿(mǎn)足色譜分離要求(見(jiàn)圖2)。
按照以上方法測(cè)定了20℃～90℃烴類(lèi)氣體的分配常數(shù)，并與GB7252-2001給出的(20℃和50℃)分配常數(shù)比較，說(shuō)明該方法的準(zhǔn)確性，結(jié)果見(jiàn)表1。
表1不同溫度下分配常數(shù)的測(cè)定平衡溫度 方法甲烷乙烯乙烷乙炔丙烷200.471.722.681.208.6050本實(shí)驗(yàn) 0.461.452.091.065.96900.461.151.550.913.66200.431.702.401.20-IEC567500.401.401.800.90-50GB7252 0.391.462.301.02-
權(quán)利要求
1.一種氣相色譜測(cè)定變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)的裝置，主要包括恒溫水浴槽、油氣平衡瓶、六通閥以及在線(xiàn)氣相色譜儀；其中一油氣平衡瓶，整體置于恒溫水浴中，瓶底部安有一磁力攪拌器，油氣平衡瓶?jī)?nèi)放有磁力攪拌子，以對(duì)油氣平衡瓶同時(shí)進(jìn)行恒溫和攪拌；恒溫水浴由水浴槽、加熱棒、熱電偶、溫度調(diào)節(jié)器以及循環(huán)水泵組成，其中的水浴槽是用無(wú)磁性材料制成；油氣平衡瓶?jī)?nèi)自瓶口至瓶底垂直地插置一通管，該通管的另一端與一活塞注射器相連接；油氣平衡瓶的側(cè)口與六通閥相連接；該六通閥放空口連接一體積測(cè)量瓶和氣相色譜儀。氣體體積測(cè)定瓶通過(guò)連接管與六通閥放空口相連，密封液體采用飽和食鹽水。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述的恒溫水浴槽為無(wú)磁性材料制造，該材料為不銹鋼、鋁合金或玻璃。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于，所述的恒溫水浴槽外壁用隔熱材料保溫。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，油氣平衡瓶側(cè)口采用硅膠墊密封。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，油氣平衡瓶與六通閥之間用石英毛細(xì)管相連。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，所述的石英毛細(xì)管內(nèi)徑為0.25mm、0.32mm或0.53mm。
7.一種測(cè)定變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)的方法，其主要步驟是a)將變壓器油在真空度小于10Pa的條件下除去溶解氣體；b)將除去溶解氣體的變壓器油充滿(mǎn)平衡瓶；c)將平衡瓶置于恒溫水浴中，并與活塞注射器相連；d)將一定體積的標(biāo)準(zhǔn)混合氣體從平衡瓶側(cè)口注入平衡瓶中，多余的變壓器油從油氣平衡瓶?jī)?nèi)的底管溢出至相連的活塞注射器中，攪拌至氣體完全溶解在油中，計(jì)算油中溶解氣體濃度；e)用氣密注射器將一定體積的空白氣體從油氣平衡瓶側(cè)口注入平衡瓶中，多余的變壓器油從油氣平衡瓶?jī)?nèi)的底管溢出至相連的活塞注射器中，攪拌至油氣平衡；f)將油氣平衡瓶側(cè)口與六通閥相連，推動(dòng)活塞注射器，油氣平衡瓶?jī)?nèi)的氣體進(jìn)入六通閥定量管中，氣體體積通過(guò)六通閥出口的體積測(cè)量瓶測(cè)定，轉(zhuǎn)動(dòng)六通閥，載氣將氣體樣品帶入氣相色譜中定量分析。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述空白氣體為氦氣、氬氣或氮?dú)狻?br> 9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述氣相色譜分析采用微填充色譜柱，氣體進(jìn)樣量為20～80μL。
10.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，可以同時(shí)測(cè)定20～90℃溫度范圍內(nèi)任意溫度下的分配常數(shù)。
全文摘要
一種氣相色譜在線(xiàn)測(cè)定變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)的裝置，該裝置包括恒溫水浴、磁力攪拌器、油氣平衡瓶、六通閥以及在線(xiàn)氣相色譜儀。該裝置可以準(zhǔn)確地測(cè)定不同溫度下變壓器油中溶解氣體分配常數(shù)，本發(fā)明裝置簡(jiǎn)單，定量準(zhǔn)確，可為氣相色譜在線(xiàn)分析變壓器油中溶解氣體提供有用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01N30/00GK1654952SQ20041000495
公開(kāi)日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月13日
發(fā)明者關(guān)亞風(fēng), 趙景紅, 王海龍, 王涵文, 劉文民 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所