本发明属于电力工程
技术领域：
，特别涉及一种人工污秽试验中可溶性盐分的配制方法。
背景技术：
：由于环境恶化导致绝缘子污秽度增加，严重威胁电力系统的安全与稳定。目前国内外常用的表征绝缘子污秽特征的参数主要有：等值盐密、污层电导率、泄漏电流和闪络场强等，其中，等值盐密是研究绝缘子污秽程度的常用评价标准之一。近几年研究发现，污秽成分差异使得等值盐密评估的污秽度与实际污秽度之间存在巨大差异，致使外绝缘设计和日常运行维护的实际效果不理想，绝缘子污秽中可溶性成分的不同会导致绝缘子绝缘性能有较大差别。不同污秽成分对污层电导率的贡献不同于NaCl，采用单一的污秽成分作为可溶物质不能直观看出此种物质对污层电导率的贡献，此外，随着可溶盐中不同污秽成分比例发生变化，混合可溶盐的污闪电压也会发生变化。因此，不能简单地用盐密值来研究绝缘子的污闪特性，还必须将污秽具体的化学成分纳入研究范畴，为更有效地开展防污工作,研究绝缘子污秽可溶性成分对研究外绝缘性能及机理有着重要意义。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，也是影响人工污秽试验等价性的关键因素之一。目前绝缘子污秽试验标准包括GB/T4585-2004/IEC60507：1991、GB/T22707-2008/IEC61245：1993和DL/T859-2004。这些标准中的固体层法都是采用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。通过主要成分的确定和可溶盐分相似度的确定，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。由于现有的水溶性污秽成分以Ca2+和SO42-为主，且XRD结果中判定石膏(CaSO4·2H2O)的存在，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，对阴阳离子的含量进行排序；2)将Ca2+和SO42-进行配对，剩余的Ca2+或SO42-待用；3)将NH4+与NO3-进行配对，剩余的NH4+或NO3-待用；4)将污秽中其余离子及剩余离子，按照“配制可溶性盐及保证其离子含量顺序基本不变”的原则进行配对；5)根据上述的配对结果配置可溶性盐，即得。优选的，所述“配制可溶性盐及保证其离子含量基本不变”的具体方法为：a.将其余离子及剩余离子中阳离子和阴离子含量最高的离子作为一类特征离子；b.将Na+、Mg2+、Cl-、K+、F-与一类特征离子进行配对，组成相应的可溶性盐；c.将污秽中未配对的离子进行配对、组成可溶性盐；若配对后，仍存在未配对的离子，可采用Na+、Mg2+、Cl-、K+、F-或剩余离子中的任一离子与其配对，组成可溶性盐；d.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；e.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；f.根据配比Ⅱ配制可溶性盐，即得。本发明中“其余离子”是指：污秽成分中除Ca2+、SO42-、NH4+或NO3-以外的离子。本发明中“剩余离子”是指：污秽成分中经上述步骤2)、3)配对后，剩余的Ca2+、SO42-、NH4+或NO3-。本发明中用于配对的各离子的初始用量根据自然污秽样品成分中各离子的含量确定。研究表明：山东地区的该类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-、K+、F-等离子且含量相对稳定，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。更优选的，步骤d中，所述调整的具体步骤为：根据测试结果中阳离子的含量顺序，对配比Ⅰ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，对上述配比Ⅰ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，对配比Ⅰ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，对上述配比Ⅰ组成的可溶性盐中各盐的组成比例进行调整。优选的，所述分析自然污秽样品成分的具体步骤为：(1)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；(2)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；(3)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℃。现有研究表明：山东地区的污秽成分中，Ca2+与SO42-的质量含量比约在1:2左右，与CaSO4中Ca2+与SO42-的质量比1:2.4很相近。此外，XRD分析结果中可以明显看到CaSO4峰，即绝缘子自然污秽的化学成分中含有CaSO4。基于以上原因考虑，将Ca2+与SO42-配对，进一步确定CaSO4的质量含量。多余的Ca2+或SO42-可与其余离子组成可溶性盐，补充其质量。大量试验证明，山东地区污秽水溶性成分中Ca2+、NH4+、SO42-、NO3-为含量较高的四种离子。对于铵盐(NH4+)，考虑NH4+的含量在水溶性阳离子中仅次于Ca2+，因此首先选择含量较高的阴离子与其配对，即首先选择阴离子质量含量第二的NO3-与之配对，可依据情况根据NH4+或NO3-的含量计算NH4NO3的质量，剩余的NH4+或NO3-可与其余离子组成可溶性盐，补充其质量。由此，人工污秽可溶性盐中，CaSO4与NH4NO3是首先确定的主要成分。其余离子按照配制可溶性盐及保证其离子含量基本不变的原则进行配对。可继续按照阴离子或阳离子的含量顺序，进行可溶性盐配对。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)本发明保留自然污秽现有的已知成分，将剩余离子进行可溶性盐配对。(3)本发明不仅包含了自然污秽中可溶性阴阳离子，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。(4)本发明配对后的多种离子质量含量可实现与自然污秽中各离子的质量含量基本一致。(5)本发明制备方法简单、配制效率高、实用性强，易于推广。(6)应用范围广，适用于各种等级各种带电形式的输电线路。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，拟配制10g人工污秽：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计算过程如下：(1)由以上结果可以看出，Ca2+与SO42-的质量含量比为1:2.3，与CaSO4中Ca2+与SO42-的质量比1:2.4非常相近。以SO42-的质量含量计算10g人工污秽中CaSO4的质量为2.49g，此时Ca2+含量为7.32％，与表1结果基本一致。(2)选择NH4NO3作为可溶性铵盐。以NH4+的质量含量计算10g人工污秽中NH4NO3的质量为0.32g，此时NO3-的含量为2.48％。(3)选择MgCl2作为可溶性镁盐。以Mg2+的质量含量计算10g人工污秽中MgCl2的质量为0.05g，此时Cl-的含量为0.37％。(4)选择KF提供F-和K+。以K+的质量含量计算10g人工污秽中KF的质量为0.04g，此时F-含量为0.13％。低于自然污秽含量。同时选择NaF和KF作为含氟盐，分别以Na+和K的量含量计算10g人工污秽中NaF和KF的质量分别为0.03g和0.04g，此时F-含量为0.27％，仍低于自然污秽含量。选取0.05gKF、0.04gNaF，则F-含量提高为0.34％，与自然污秽含量一致。此时K+含量为0.34％，Na+含量为0.22％。(5)取常见水溶性物质NH4H2PO4提供磷酸盐。以PO43-的质量含量计算10g人工污秽中NH4H2PO4的质量为0.01g。此时NH4H2PO4和NH4NO3同时提供NH4+，最终NH4+的含量为0.74％。通过以上过程得到10g人工污秽的配制方案如下：表2依据污秽成分分析结果模拟人工污秽初始成分配比名称CaSO4NH4NO3MgCl2KFNaFNH4H2PO4质量(g)2.490.320.050.050.040.01依据以上配比，其各离子质量含量如表3：表3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(％)7.320.740.340.220.12离子名称SO42-NO3-Cl-F-PO43-质量百分比(％)17.612.480.370.340.11对比表3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与自然污秽基本一致。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以一份成分较为复杂的污秽样品为例，其化学成分分析结果如下：表4某份污秽样本成分分析结果计算过程如下：(1)由以上结果可以看出，Ca2+与SO42-的质量含量比为1:1.94，比CaSO4中Ca2+与SO42-的质量比1:2.4高，表明除CaSO4外还有其他钙盐。以SO42-的质量含量计算10g人工污秽中CaSO4的质量为1.31g，此时Ca2+含量为3.85％，低于自然污秽中的Ca2+含量4.75％。(2)选择NH4NO3作为可溶性铵盐。以NH4+的质量含量计算10g人工污秽中NH4NO3的质量为0.16g，此时NO3-的含量为1.24％，低于自然污秽中的NO3-含量2.22％。(3)加入Ca(NO3)2，以NO3-剩余质量计算Ca(NO3)2含量为0.13g。同时含有1.31gCaSO4和0.13gCa(NO3)2时Ca2+含量为4.17％，略低于表4中的实际检测值。适当增加CaSO4和Ca(NO3)2的含量，将CaSO4的质量调整为1.5g，Ca(NO3)2质量调整为0.15g，则Ca2+含量为4.78％，与实际检测值一致。此时SO42-含量为10.59％，NO3-含量为2.37％。(4)选择MgCl2作为可溶性镁盐。以Mg2+的质量含量计算10g人工污秽中MgCl2的质量为0.08g，此时Cl-的含量为0.60％。(5)选择NaF提供F-和Na+。以Na+的质量含量计算10g人工污秽中NaF的质量为0.06g，此时F-含量为0.27％。低于自然污秽含量。同时选择NaF和KF作为含氟盐，分别以Na+和K+的量含量计算10g人工污秽中NaF和KF的质量分别为0.06g和0.02g，此时F-含量为0.34％，仍低于自然污秽含量。选取0.03gKF、0.07gNaF，则F-含量提高为0.41％，与自然污秽含量一致。此时Na+含量为0.38％，K+含量为0.20％。(6)因C2O42-和PO43-的含量均较低，配制方案中可选择二者的可溶性铵盐，既能提供所需的阴离子，又不会大幅增加NH4+的质量。选用水溶性(NH4)2C2O4提供C2O42-，以C2O42-的质量含量计算10g人工污秽中(NH4)2C2O4的质量为0.03g。(7)取常见水溶性物质NH4H2PO4提供磷酸盐。以PO43-的质量含量计算10g人工污秽中NH4H2PO4的质量为0.002g。此时NH4H2PO4、(NH4)2C2O4和NH4NO3同时提供NH4+，最终NH4+的含量为0.45％。通过以上过程得到10g人工污秽的配制方案如下：表5依据污秽成分分析结果模拟人工污秽初始成分配比依据以上配比，其各离子质量含量如表6：表6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(％)4.780.450.380.20.2离子名称SO42-NO3-Cl-F-C2O42-PO43-质量百分比(％)10.592.370.60.410.240.02对比表6和表4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与自然污秽基本一致。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。实施例3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7某换流站极II污秽样品成分分析结果离子名称Ca2+NH4+Na+K+Mg2+质量百分比(％)1.950.540.260.150.11离子名称SO42-NO3-Cl-F-C2O42-质量百分比(％)3.951.930.590.120.17(1)由以上结果可以看出，Ca2+与SO42-的质量含量比为1:2.03，比CaSO4中Ca2+与SO42-的质量比1:2.4略高，表明除CaSO4外还有其他钙盐。以SO42-的质量含量计算10g人工污秽中CaSO4的质量为0.56g，此时Ca2+含量为1.65％，略低于自然污秽中的Ca2+含量1.95％。(2)选择MgCl2作为可溶性镁盐。以Mg2+的质量含量计算10g人工污秽中MgCl2的质量为0.04g，此时Cl-的含量为0.30％，低于实际检测值。(3)加入CaCl2以使Ca2+的质量含量与表7一致，其质量以Ca2+含量(1.95％-1.65％＝0.30％)计算。需加入CaCl20.08g。同时含有0.04gMgCl2和0.08gCaCl2时，Cl-的含量为0.81％。(4)选择NH4NO3作为可溶性铵盐。以NH4+的质量含量计算10g人工污秽中NH4NO3的质量为0.24g，此时NO3-的含量为1.86％，与自然污秽中的NO3-含量基本一致。(5)选择NaF提供F-和Na+。以Na+的质量含量计算10g人工污秽中NaF的质量为0.05g，此时F-含量为0.23％，虽比实际检测值略高，但在阴离子中的质量含量顺序不变。(6)选用水溶性K2C2O4提供C2O42-和K+，以K+的质量含量计算10g人工污秽中K2C2O4的质量为0.03g。此时C2O42-含量为0.16％，与自然污秽中质量含量基本一致。通过以上过程得到10g人工污秽的配制方案如下：表8依据污秽成分分析结果模拟人工污秽初始成分配比名称CaSO4NH4NO3CaCl2MgCl2NaFK2C2O4质量(g)0.560.240.080.040.050.03依据以上配比，其各离子质量含量如表9：表9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(％)1.950.540.260.150.11离子名称SO42-NO3-Cl-F-C2O42-质量百分比(％)3.951.860.810.230.16对比表9和表7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与自然污秽基本一致。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。以上三个示例中所述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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