本发明属于电力工程
技术领域：
，特别涉及一种人工污秽中可溶性盐的配制方法。
背景技术：
：污闪事故威胁着电力系统的安全稳定运行，人工污秽试验能够模拟自然积污过程，使试品表面受到人工污染和充分湿润，并对试品施加高电压检验其电气性质的试验，在电力外绝缘研究中广泛应用。可溶性盐成分及含量是影响外绝缘特性的主要因素之一。目前绝缘子污秽试验标准由GB/T4585-2004/IEC60507：1991《交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》；GB/T22707-2008/IEC61245：1993《直流系统用高压绝缘子的人工污秽试验》；DL/T859-2004《高压交流系统用复合绝缘子的人工污秽试验》。这些标准中都是采用NaCl作为盐溶液，与一定的高岭土或硅藻土及水混合形成人工污秽。也有研究在获得闪络电压与污秽度关系式的基础上，添加污秽成分、污秽分布等折合系数，污秽成分主要考虑以CaSO4为代表的二价盐。这几种方法都没有全面考虑自然污秽的实际组成，因此难以真正实现人工污秽与自然污秽的等价性。为此，有人提出通过模拟自然污秽盐类组成，使所选用的可溶盐类尽可能接近所研究地区的自然污秽情况，但由于试验繁琐，标准不统一，实用性较差。技术实现要素：为了克服上述不足，本发明提供一种人工污秽的配制方法。通过特征离子的选择和可溶盐类相似度的确定，最大限度地实现自然污秽的还原与等价的同时，大幅提高了配制效率和准确度，为人工污秽与自然污秽试验的等价性问题的研究提供了重要的实验支持。由于现有的污秽成分主要考虑以CaSO4为代表的二价盐，因此，本发明提出了一种特定针对该类CaSO4为主要成分的自然污秽的处理方法，该方法最大限度地实现了该类自然污秽的还原与等价，进而大幅提升人工污秽与自然污秽的等价性，同时大幅提升人工污秽试验获得的绝缘子外绝缘状态测评结果的准确度，为研究污闪机理、减少污闪事故提供参考。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种人工污秽中可溶性盐的配制方法，包括：1)分析自然污秽样品成分；2)将Ca2+和SO42-作为一类特征离子；3)将NH4+、Na+、Mg2+、Cl-、NO3-与一类特征离子进行配对，组成相应的可溶性盐；4)将污秽中其余离子进行配对、组成可溶性盐；若配对后，仍存在剩余的离子，可采用Ca2+和SO42-、NH4+、Na+、Mg2+、Cl-、NO3-中任一离子与其配对，组成可溶性盐；5)根据“上述可溶性盐中来源唯一的离子在所述污秽样品中的百分含量”分别确定各可溶性盐的配比Ⅰ；6)再根据“一类特征离子含量与分析实验结果一致或接近，其他阴阳离子含量顺序与检测结果一致”的原则对可溶性盐的配比进行调整，得配比Ⅱ；7)根据配比Ⅱ配制可溶性盐，即得。现有研究发现：该类CaSO4为主要成分的自然污秽中一般至少含有Ca2+和SO42-、NH4+、Na+、Mg2+、Cl-、NO3-等离子且含量稳定，因此，本发明中优先选择上述离子与一类特征离子进行配对。本发明中所述的“其余离子”为：污秽中含有的、除Ca2+、SO42-、NH4+、Na+、Mg2+、Cl-、NO3-以外的离子。步骤6)中，所述“其他阴阳离子”是指：非一类特征离子以外的其他离子。步骤6)中，所述调整的具体步骤为：配制Ca2+的可溶性盐：首先，根据分析结果将含有Ca2+的可溶性盐进行叠加，使Ca2+总含量与测试结果一致或接近；然后，再根据测试结果中阴离子的含量顺序关系调整上述Ca2+可溶性盐的比例关系；配制SO42-的可溶性盐：首先，根据分析结果将含有SO42-的可溶性盐进行叠加，使SO42-总含量与测试结果一致或接近；然后，再根据测试结果中阳离子的含量顺序关系调整上述SO42-可溶性盐的比例关系；配制其余离子的可溶性盐：根据测试结果中阳离子的含量顺序，对“其余离子”组成的可溶性盐含量进行调整；根据测试结果中阴离子的含量顺序，对上述“其余离子”组成的可溶性盐中各盐的组成比例进行调整；或者根据测试结果中阴离子的含量顺序，对“其余离子”组成的可溶性盐含量进行调整；根据测试结果中阳离子的含量顺序，对上述“其余离子”组成的可溶性盐中各盐的组成比例进行调整。本发明中所述的“可溶性盐”为可溶于水的盐。本发明还提供了上述任一方法制备的人工污秽可溶性盐。本发明还提供了上述的人工污秽可溶性盐溶液在绝缘子的人工污秽试验中的应用。由于本发明的制备方法简单、与自然污秽的等价性好，因此，可以被广泛地用于绝缘子的人工污秽试验。本发明的方法适用于任何材质、任何等级的绝缘子污秽。本发明还提供了上述的人工污秽可溶性盐在交流系统用高压绝缘子的人工污秽试验中的应用。本发明还提供了上述的人工污秽可溶性盐在直流系统用高压绝缘子的人工污秽试验中的应用。本发明还提供了上述的人工污秽可溶性盐在高压交流系统用复合绝缘子的人工污秽试验中的应用。本发明的有益效果(1)本发明提供一种人工污秽可溶性盐的配制方法。本发明提供的方法能够最大限度地实现自然污秽可溶性盐的还原与等价。(2)本发明不仅包含了所有的可溶性阴阳离子，且可溶性阴阳离子在污秽中的质量含量顺序与检测结果一致。相比于现有人工污秽-试验方法，不仅更接近于自然积污后的污秽成分，而且简便易得，易于操作。(3)本发明制备方法简单、配制效率高、实用性强，易于推广。具体实施方式以下通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：实施例1以某基经常出现污闪的线塔上取得的运行绝缘子污秽成分为例：其中某份污秽样本成分分析结果如表1：表1某份污秽样本成分分析结果离子名称Ca2+NH4+K+Na+Mg2+质量百分比(％)7.590.710.270.180.12离子名称SO42-NO3-Cl-F-PO43-质量百分比(％)17.611.520.350.350.11从分析结果及与其他样品比较结果来看，将含量最高阴阳离子Ca2+和SO42-作为特征离子。结合分析结果，选取(NH4)2SO4、Na2SO4、MgSO4作为可溶性硫酸盐，提供NH4+、Na+、Mg2+、SO42-。选取可溶性CaCl2、Ca(NO3)2提供Ca2+、Cl-、NO3-。选取可溶性KF、K3PO4提供K+、F-、PO43-。因NH4+、Na+、Mg2+、Cl-、NO3-、F-、PO43-有唯一来源，按照表1中这些离子的浓度计算其10g模拟人工污秽中的含量如表2：表2依据污秽成分分析结果模拟人工污秽初始成分配比I名称(NH4)2SO4Na2SO4MgSO4CaCl2质量(g)0.260.060.060.06名称Ca(NO3)2KFK3PO4质量(g)0.200.110.02按表2方案得到特征离子质量含量：Ca2+为0.70％，SO42-为2.78％，均远低于分析结果。而K+含量为0.85％，比分析结果的目标值高，且高于Ca2+含量。调整可溶盐的比例，使特征离子含量接近于分析结果目标值，且保证阴离子含量顺序不变、阳离子含量顺序也不变。在此原则下，可按以下顺序进行调整：(1)提高CaCl2、Ca(NO3)2的质量，使得Ca2+含量接近目标值7.59％，同时NO3-、Cl-含量不会超过SO42-，且NO3-、Cl-在阴离子中的含量顺序不会变。(2)提高(NH4)2SO4、Na2SO4、MgSO4的质量，使得SO42-含量接近目标值17.6％(其他5基塔样品中SO42-平均质量含量为5.5％，与之相比该样品SO42-含量高出很多，同时考虑阳离子比例，将SO42-含量目标值调整为10％以上即可)，同时NH4+、Na+、Mg2+含量不会超过Ca2+，且NH4+、Na+、Mg2+在阳离子中的含量顺序不会变。(3)根据(1)、(2)调整的结果调整KF、K3PO4的质量，使K+含量低于Ca2+含量，且高于NH4+、Na+、Mg2+含量。经以上方案调整后，各可溶盐在10g模拟人工污秽中的含量如表3：表3调整后的模拟人工污秽成分配比II名称(NH4)2SO4Na2SO4MgSO4CaCl2质量(g)1.00.40.40.9名称Ca(NO3)2KFK3PO4质量(g)1.20.160.05依据以上配比，其各离子质量含量如表4：表4人工污秽配比中各离子质量含量离子名称Ca2+NH4+K+Na+Mg2+质量百分比(％)6.182.71.361.30.81离子名称SO42-NO3-Cl-F-PO43-质量百分比(％)13.29.075.750.520.22对比表4和表1可以看出，该方案不仅包含了所有的可溶性阴阳离子，且可溶性阴阳离子在污秽中的质量含量顺序与检测结果一致。相比于现有人工污秽-试验方法，不仅更接近于自然积污后的污秽成分，而且简便易得，易于操作。其中，自然污秽成分测定方法如下：为保证样品的真实完整性，采用硬质毛刷将污秽扫下，用称量纸承接，包裹好，随即装入专用的自封袋中存放。测试前，先将污秽样品过150目筛，之后置于烘箱中，105℃烘干24h，再用玛瑙研钵研磨。准确称取0.2g污秽样品溶于60ml超纯水中，80℃水浴超声振荡30min促进样品中水溶成分溶解，静置30min，定量滤纸过滤，过滤液用超纯水定容至100ml。溶液进离子色谱前先过0.22μm过滤头。测定样品中的阴离子含量，所述IC测试的工艺参数为：IonPacAG18Capillary保护柱(50×0.4mm)、IonPacAS18Capillary分析柱(250×0.4mm)；淋洗液：EG-KOH毛细管淋洗液发生器产生的KOH溶液，梯度淋洗：0～2min，1mmol/L；2～35min，1～30mmol/L；35～40min，30～50mmol/L；40～45min，50mmol/L；45～48min，1mmol/L。抑制器电流11mA；柱温：30℃；流速：10μL/min；进样体积：0.4μL。阳离子含量测定参数：IonPacCG16Capillary保护柱(50×0.4mm，美国ThermoFisher公司)、IonPacCS16Capillary分析柱(250×0.4mm，美国ThermoFisher公司)；淋洗液：EG-MSA毛细管淋洗液发生器产生的MSA溶液，等度淋洗：35min，流量为20mmol/L，流速10μL/min；。抑制器电流7mA；进样体积：0.4μL；柱温：30℃。本发明中绝缘子表面可溶性污秽浓度的检测限为0.001mmol/l。实施例2某换流站处于轻污秽区，水溶性盐含量相对较少。2015年和2016年检修采集的污秽样品，其可溶性盐成分基本一致。2016年极II样品成分分析如下：表5某换流站极II污秽样品成分分析结果该污秽成分中各离子含量水平均不高，选择成分含量最高的阴阳离子Ca2+和SO42-作为特征离子。结合分析结果，选取(NH4)2SO4、Na2SO4、MgSO4作为可溶性硫酸盐，提供NH4+、Na+、Mg2+、SO42-；选取可溶性CaCl2、Ca(NO3)2提供Ca2+、Cl-、NO3-；选取可溶性KF提供K+、F-；选取可溶性Na2C2O4提供Na+、C2O42-。因NH4+、Mg2+、Cl-、NO3-、F-、C2O42-有唯一来源，按照表1中这些离子的浓度计算其10g模拟人工污秽中的含量如表6：表6依据污秽成分分析结果模拟人工污秽初始成分配比I名称(NH4)2SO4MgSO4CaCl2Ca(NO3)2KFNa2C2O4质量(g)0.200.0550.0920.260.0370.026当取CaCl20.09g、Ca(NO3)20.26g时，Ca2+含量为0.96％，低于目标值。调整CaCl20.18g、Ca(NO3)20.53g，则Ca2+含量为1.95％，此时Cl-含量1.15％，NO3-含量4.00％。取0.04gKF，则10g人工污秽中K+占0.27％，F-含量为0.13％，刚好与污秽样品成分分析结果一致。取0.03gNa2C2O4，则10g人工污秽中Na+占0.10％，C2O42-含量0.19％。Na+含量比分析结果低0.16％，因此再取0.05gNa2SO4。若取0.05gNa2SO4、0.2g(NH4)2SO4、0.06gMgSO4，则10g人工污秽中SO42-占2.27％。提高各硫酸盐的含量，最终计算得0.09gNa2SO4、0.35g(NH4)2SO4、0.10gMgSO4，则10g人工污秽中SO42-占3.95％。此时，Na+含量为0.39％，NH4+含量0.95％，Mg2+含量0.20％。以上方案中各阳离子含量顺序与分析结果一致，且在10g人工污秽中特征阳离子含量Ca2+与分析结果一致，其他阳离子含量与分析结果也基本一致，但阴离子中SO42-占比略低于NO3-。这种情况下，一方面可提高SO42-含量，只增加Na2SO4和(NH4)2SO4，不增加MgSO4；另一方面降低NO3-含量，减少Ca(NO3)2的量，同时增加CaCl2的量以保证Ca2+的含量。经再次调整后，人工污秽中可溶性盐的最终配制方案如下：表7调整后的模拟人工污秽成分配比II依据以上配比，其各离子质量含量如表8：表8人工污秽配比中各离子质量含量离子名称Ca2+NH4+Na+K+Mg2+质量百分比(％)1.971.090.490.270.20离子名称SO42-NO3-Cl-F-C2O42-质量百分比(％)4.523.781.340.130.19其中，自然污秽成分测定方法如下：为保证样品的真实完整性，采用硬质毛刷将污秽扫下，用称量纸承接，包裹好，随即装入专用的自封袋中存放。测试前，先将污秽样品过150目筛，之后置于烘箱中，105℃烘干24h，再用玛瑙研钵研磨。准确称取0.2g污秽样品溶于60ml超纯水中，80℃水浴超声振荡30min促进样品中水溶成分溶解，静置30min，定量滤纸过滤，过滤液用超纯水定容至100ml。溶液进离子色谱前先过0.22μm过滤头。测定样品中的阴离子含量，所述IC测试的工艺参数为：IonPacAG18Capillary保护柱(50×0.4mm)、IonPacAS18Capillary分析柱(250×0.4mm)；淋洗液：EG-KOH毛细管淋洗液发生器产生的KOH溶液，梯度淋洗：0～2min，1mmol/L；2～35min，1～30mmol/L；35～40min，30～50mmol/L；40～45min，50mmol/L；45～48min，1mmol/L。抑制器电流11mA；柱温：30℃；流速：10μL/min；进样体积：0.4μL。阳离子含量测定参数：IonPacCG16Capillary保护柱(50×0.4mm，美国ThermoFisher公司)、IonPacCS16Capillary分析柱(250×0.4mm，美国ThermoFisher公司)；淋洗液：EG-MSA毛细管淋洗液发生器产生的MSA溶液，等度淋洗：35min，流量为20mmol/L，流速10μL/min；。抑制器电流7mA；进样体积：0.4μL；柱温：30℃。本发明中绝缘子表面可溶性污秽浓度的检测限为0.001mmol/l。最后应该说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。当前第1页1 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