用于测量在含有油的电气设备中的热点温度的方法和装置的制作方法

专利名称：用于测量在含有油的电气设备中的热点温度的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气设备的领域，并且更具体地但不是排他性地涉及含有油的电气设 备比如电源变压器的领域。本发明涉及用于测量在预定和可变化工作条件下操作的电气设备中的热点温度 的方法和装置。这种方法还可以用于检验正在市售的特定设备的质量并估计其寿命。现有技术的描述包括电磁组件的电气设备的温度变化取决于若干因素，所述电磁组件置于容纳有 油的箱中。首先，这种变化归因于电磁组件的铜线圈中的热损耗I2R(I是通往线圈中的电 流负荷或强度，而R是线圈的电阻)，以及在铁金属片中的损耗。因此温度作为所述设备需 要的电流负荷或强度的函数而变化。其次，所述变化可以归因于吸气口的关闭和箱的鼓风 机的关闭。最后，箱内部的温度可以作为外部条件比如设备的地理位置(在加热的建筑物 内部或外部)以及气候条件(外部温度、风、白天/黑夜)的函数而变化。然而，温度在整个箱中是不均勻的。在装置的箱中的上部存在的油通常是比底部 的温度更温暖。这是归因于油通过使其流过线圈而被加热，并且随后通过自然的对流力而 升高到箱的上部的事实。所述热点是在变压器工作期间箱中达到最热温度的点。这个温度必需不超过包括 在约120°C和160°C之间的最大值，并且这是为了避免在油中形成气泡和/或用作绝缘材料 的纸张过早老化。这个最大值取决于所用的纸张的类型和其含湿量。箱内通常发现有热点，并且箱内热点以近似方式处于电磁组件上部的三分之二处 并且线圈内的三分之一处，但是其精确的位置和其量值从一个设备至另一个设备可以有相 当大不同，这取决于制造商的设计，特别是在过负荷条件(即，高于正常的负荷)下。人们可以通过使用软件和某些工作参数的知识如电流、油在箱的上部和下部的温 度、用于线圈的铜的平均温度、外部温度等来计算热点的近似温度。但是这种计算通常是不 精确并且不可靠的，尤其是对于详细概念不熟知的变压器。对于某些类型的设备和工作条 件，热点的“计算温度”可能明显不同于“实际温度”。迄今为止，将其它的下列技术用于确定热点的实际温度1)使用热电偶，这导致电流连接问题；2)使用光纤，这导致热点和介电强度的局域化的问题；以及3)使用分散在油中的化学示踪剂，这在高于给定温度下形成气泡。使用上述的技术1)和2)的主要限制之一在于必需预先知道热点的精确位置以 及如果热点在未预期到的位置上出现则不能检测的可能性。另一个缺点在于这些技术涉及 测量探针的使用，以及在于所述探针的安装必需在变压器的制造过程中或在其大修期间进 行。所述的探针还可以影响变压器的介电强度性质。美国专利US 4，140，999描述了测量 探针的一个实例。上述在第3)点提及的化学示踪剂的使用在M. DUVAL等的科技出版物(关于电绝 缘的 IEEE 论文集(IEEE Transactions on Electrical Insulation)，EI-17 卷，5 期，1982年10月)中有描述。M. DUVAL等描述了化学示踪剂在电源变压器中的使用，所述化学示踪剂包括有机 发泡剂，比如2，2’_偶氮二(异-丁腈)、偶氮二环己烷、对-甲苯磺酰胼、4，4’_氧双(苯) 磺酰胼或二苯砜_3，3’ - 二磺酰胼。此技术主要被开发为用于评价热点的相对于计算软件给出的温度的实际温度的 研究工具。但是，它在工作变压器上使用时是不实际的。实际上，如从现有技术的

图1(参见 由M. DUVAL等的上述文献中的图4)所示，变压器(1)必需在防护箱(5)和变压器铁心(7) 之间安装有量筒(3)，并且这是为了取出通过化学示踪剂在油中形成的气体并且测量所产 生的量，以评价热点。而且，这是其毋庸置疑的主要缺点，所使用的化学示踪剂以细粉末的 形式分散在油中。如果它们在加热测试之后没有通过过滤快速被移除，则它们可能随着时 间而沉降在变压器的隔离部件上并且影响其介电强度性质。除不正常负荷缺陷比如形成弓形和电晕放电之外，温度升高是使电压器寿命降低 的因素之一，原因在于这增加了纸绝缘材料的老化。知晓热点的实际温度对于使变压器在最接近其极限但仍保持安全的同时是必须 的。而且，这种知晓可以识别不合格(non conforming)变压器并且估计它们的近似寿命。发明概述本发明涉及一种根据电气设备的不同工作条件建立在所述设备中所容纳的油的 热点温度Tre*的方法。所述方法包括a)使电气设备根据至少一种预定工作条件工作以提高油的温度TH，所述油包含至 少一种可溶于所述油中的化合物，每一种化合物在残留物转变温度Tk形成可溶于所述油中 的残留物；b)在步骤a)过程中或之后取出至少一种油样品，同时测量油的温度Th ；c)对在步骤b)中取出的所述至少一种样品进行分析以确定是否存在残留物；d)由步骤C)的分析，将在已经允许所述所述至少一种残留物在在样品中存在的 至少一种预定工作条件下的热点温度Trc评价为等于所述至少一种残留物的残留物转变温 度Τκ;e)计算在所述至少一种预定工作条件下的热点温度Tre和油的温度Th之间的差值 ΔΤ;以及f)根据下面的等式建立获得根据设备的任何其它工作条件的热点温度Tre* Tpc* = Th*+ Δ T ；Th*是油在所述其它工作条件下的温度。根据本发明的一个优选方面，所述方法是通过使用仅一种化合物并且在温度平衡 条件下进行的。更具体地-步骤a)是通过使用仅一种可溶于油中的化合物而进行的；
-步骤b)在步骤a)之后进行；-在步骤c)之后(furtherto the steps ())，步骤(1)按如下进行如果存在残留物，则；dl)移除油中存在的残留物；d2)使设备根据新的工作条件工作以降低油的温度Th ；以及
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d3)重复步骤b)、c)、dl)和d2)，直到在步骤c)所获得的样品中不再存在残留物，如果不存在残留物，则d4)重复步骤a)、b)和C)，直到样品中存在残留物；并且建立热点温度Tre等于残留物的转变温度Tk的工作条件。根据本发明的第二优选方面，所述方法通过使用仅一种化合物并且在温度平衡之 外进行的。更具体地-步骤a)是通过使用仅一种可溶于油中的化合物而进行的；-步骤b)是在步骤a)的过程中通过在不同的时间取出至少两种油样品并且同时 测量油的温度Th而进行的；-步骤C)是对步骤b)中取出的每一种样品进行的，以测定在油中存在的残留物浓 度；-步骤d)是基于步骤C)所测定的浓度，通过外推法确定从残留物已经开始形成的 时间、而进行的，在时间、的热点温度Trc等于残留物的形成温度Τκ。根据本发明的第三优选方面，所述方法通过在温度平衡条件下使用至少两种化合 物而进行的。更具体地-步骤a)是通过使用至少两种可溶于油中的化合物而进行的，每一种化合物在残 留物转变温度Tk形成可溶于所述油中的残留物，每一种残留的转变温度Tk是彼此不同的；-步骤b)在步骤a)之后进行；-步骤c)按如下进行如果不存在残留物，则dl)重复步骤a)至C)，直到被取出的样品中存在至少一种所述可溶残留物；如果存在所有的残留物，则d2)消除油中所存在的残留物；以及d3)重复步骤a)至c)，直到至少一种所述可溶残留物不再存在于所取出的样品 中；建立热点温度Trcest介于已经产生残留物的化合物的残留物转变温度Tki和残留物 没有出现的化合物的残留物转变温度Tk2之间的工作条件；以及在步骤e)，将八1~计算为等于1\^#-1^ Th为在步骤a)的最后一次重复(final iteration)期间测量出的油的温度。本发明还涉及一种建立电气设备中所含的油根据设备的不同工作条件的热点温 度Tre*的仪器，所述油包含至少一种可溶于所述油中的化合物，每一种化合物均在残留物 的转变温度Tk形成可溶于油中的残留物；所述仪器包括用于进行油样品的分析以确定是否存在残留物的装置；用于将在已经允许所述至少一种残留物在所述样品中存在的预定工作条件下的 热点温度Tre估计为等于所述至少一种残留物的转变温度Tk的装置；用于测量油的温度Th的装置；用于计算在预定工作条件下的热点温度Tre和油的温度Th之间的差值ΔΤ的装置； 以及用于根据下列等式建立所述设备在任何其它工作条件下的热点温度Trc*的装置
Trc* = Th*+ Δ Τ, Th*是油在所述其它工作条件下的温度。本发明提出了一种相比于现有技术是新的不同方法，该方法尤其是基于可溶于对 于在油中形成气泡的变压器的油中的化学示踪剂的使用，所述化学示踪剂关于变压器周围 在油中形成气泡并且包含具有至少一种随温度而变化的性质的分子。优选地，电气设备是电源变压器(power electric transformer)。然而，重要的是 要指出，本发明不仅应用于变压器，而且应用于任何种类的包括在含油的箱内的电磁组的 设备仪器。在参考附图阅读下面的非限制性说明之后，将更好地理解本发明及其优点。附图简述图1是包括根据本发明的一个优选实施方案的仪器的油冷变压器的示意图。图2是示出热点温度作为变压器工作的时间的函数而演变的实例以及被命名为 A、B、C、D、E、F和G的化学示踪剂的转变温度的实例的图。图3是示出实施例3获得的结果的曲线图，该曲线图显示了热点的温度的测量，以 及设备内部温度和溶解在油中的浓度作为时间函数的演变。本发明的优选实施方案的描述根据本发明的一个优选实施方案，本发明具有估计电气设备内部的热点的实际温 度的方法作为目的。这个方法的进行归功于化合物在设备的油中的引入。这种化合物在下 文中被称作“化学示踪剂”或简称“示踪剂”。因此，本发明还涉及一种用于根据电气设备的给定工作条件，建立在该设备中所 含的油的热点温度Tre*的装置，所述油包含至少一种可溶于油中的化合物，每一种化合物 都在残留物形成的转变温度Tk形成可溶于油中的残留物。所述仪器包括对油样品进行分析以在存在残留物的条件下至少确定所述残留物 的装置。优选地，这些装置使用了比色法、溶解气体分析法、质谱法、核磁共振法、气相或液 相色谱法、红外光谱法、紫外光谱法和χ-射线荧光法。该仪器还包括用于测量油的温度Th的装置。优选地，这些装置包括温度计、热电 偶、温度测量探针或本领域技术人员已知的任何其它用于测量温度的装置。所述仪器还包括用于将在已经允许所述至少一种残留物在样品中出现的预定工作条件下的热点 温度估计为等于所述至少一种残留物的转变温度Tk的装置；用于计算在预定工作条件下在热点温度Trc和油温度Th之间的差值ΔΤ的装置； 以及用于根据下面的等式建立设备在任何其它工作条件下的热点温度Trc*的装置Trc* = ΤΗ*+ΔΤ ;TH*是在所述其它工作条件下油的温度。优选地，这些用于分析、用于估计、用于计算和用于建立热点温度Tre*的装置可以 通过计算机进行，该计算机被装备有软件并且与键盘和屏幕连接。图1示意性说明了包括根据本发明的仪器的电气设备(1)。所述设备⑴包括箱(3)，所述箱(3)包括在其内部中间的由铁心(5)和线圈(7) 形成的电磁组件。该设备还可以设置有通风系统(9)，从而可以调节设备的内部温度。
外壳或箱(3)填充有油(11)，比如矿物油。该设备还提供有温度测量探针(13)，从而可以稳定读取油的温度。箱(3)的底部还提供有开口系统(15)，从而可以从设备中取出油样品或排出油。设备(1)还可以包括另外的探针(17)，从而可以连续地检测在油中的化合物的存在。可以将不同探针(13，17)与计算机(19)连接，以记录测量数据和进行计算，从而 可以测定热点。根据本发明的若干优选实施方案，所述方法包括为了测定变压器在给定工作条件 下的热点的温度所进行的一系列步骤。所述变压器可以是新的或使用过的。步骤a)根据本发明的方法的步骤a)在于根据至少一种预定工作条件，操作电气设备以 提高油的温度Th。所述油包含至少一种可溶于油中的化合物，该化合物是为了在残留物的转变温度 Te形成可溶于油中的残留物而选取的。由“使电气设备工作”，其必须被理解为操作者以一般方式施加电流负荷以提高或 降低设备内的温度。温度升高的速度通常以。C /分钟或。C /小时表示。操作者还可以进行其它操作比如采用或不采用油的强迫循环，通过采用散热器冷 却或不冷却油。这些操作被建立作为一个或几个“预定条件”。图2中示出了油的温度升高作为时间的函数的实例。图2还可以说明热点的计算温度作为工作时间的函数的演变曲线，比如归功于由 计算软件在考虑所研究的变压器的内在参数(尺寸、kVA或MVA形式的容量，油的强迫循环 与否等)或外部参数(外部温度、风速等)的情况下所获得的演变曲线。热点的实际温度 的演变曲线可以在计算温度的曲线的上方或下方。由“工作条件”，应当被理解为导致设备的箱内温度变化(升高或降低)的任何行 为或外部因素。可以被预先确定以及由操作者控制的工作条件优选包括设备所需要的电负荷或 电流强度的值。如上所述，温度的变化主要归因于在铜线圈内部的热损耗ir2(I =电流强 度，R=线圈的电阻)。工作条件还包括空气进口的开启程度以及可以使箱内部通风的风扇的速度。技术 人员要理解，风扇的速度越低，或空气进口的开启越小，则内部温度将降低或升高越多，并 且反之亦然。待确定的工作条件也包括不一定可由操作者控制的外部因素比如地理位置(被 加热建筑物的外部或内部)以及当设备在建筑物外部时的气象条件(外部温度、风速度和 方向，光的存在(白天/黑夜))。在步骤a)下，本发明可以使用一种、两种或若干种不同类型的化合物或示踪剂。为了进行选择，示踪剂必需具有一定数量的操作者所熟知的物理和/或化学性 质。示踪剂必需具有已知的反应或转变温度，在该反应或转变温度下，该示踪剂将由 于化学反应或由于状态的变化而转变，以变为下面被我们称作“化学示踪剂的残留物”或仅称作“残留物”的物质。残留物还必需可溶于油中。示踪剂的反应或转变的温度必需低于变压器内部可允许的最高温度。应当理解“可允许的最高温度”是变压器在该温度将不会受损并且特别是用作绝 缘材料的纸张不受损的温度。这个温度通常包括在130和160°C之间，这取决于在变压器中 所使用的纸张的性质以及其使用时的湿度。所使用的示踪剂包括可溶解于油中的分子。更优选地，示踪剂可以是在给定温度下将形成可溶于油中的气体的化合物。这些化合物的第一实例是由溶于油中的通过分解而形成氮(N2)的重氮分子，比如 被化学改性的二苯砜-3，3’-二磺基胼或4，4’-氧双(苯磺酰基)-胼。化学改性在于在 分子上接枝另外的疏水分子，比如长的烃化链，优选具有12至18个碳原子的烃化链。重氮 分子的这种疏水性链段的存在允许分子被极好地溶解于油中。在残留物是可溶解于油中的氮的这种情况下，可以进行根据本发明的方法中的预 备步骤，但该步骤是任选的，所述步骤在于从油中移除其一部分的空气，因此移除了包含 在这种空气中的氮，并且这改善了气体残留物在油中的溶解。溶解在油中的空气中的氮的 存在将使由示踪剂转变为残留物而产生的氮浓度的测定失真。还可以使用可溶解于油中并且在油中释放可溶气体比如一氧化碳和氨的其它分 子。例如，具有至少一个侧烃链的羰基金属允许产生可溶于油中的一氧化碳，其中所述侧烃 链足够长以使羰基金属可溶于油中。化合物或示踪剂可以是在给定温度以不可逆的方式改变颜色的分子，比如着色剂 或颜料。化学示踪剂还可以是在给定温度以不可逆的方式改变相的化合物或分子，比如液
曰
曰曰O化学示踪剂还可以是在给定温度以不可逆的方式改变化学结构的化合物或分子， 比如清蛋白。在本申请中描述的本发明的发明方面并不限于上面描述的化学示踪剂。优选地，可以在设备制造时，或在应用根据本发明的方法之前，将合适量的一种或 多种化合物引入油中。当然必须理解的是这种“合适的量”取决于下面的因素-在设备中存在的油的体积；-所使用的油(矿物或非矿物)的质量；_所使用的一种或多种示踪剂的性质；-可以形成的残留物的量；以及_可应用和在下面描述的步骤C)中使用的分析技术。所使用的每一种示踪剂的量可以以重量浓度或摩尔浓度表示。优选地，对于每一 种示踪剂，这种浓度均对应于包含在已知重量的油中的重量，因而以重量浓度或以重量百 分比表示。根据所使用的示踪剂的种类，在油中的化合物的约0. 01%至0. 1重量％的最终 浓度对于根据本发明的方法的应用是有代表性的。步骤b)所述方法的步骤b)在于在步骤a)的过程中或之后取出至少一种油样品，同时测 量该油的温度TH。可以使用在变压器上取出油样品的通常方法(注射器、瓶子或管)。还可以使用允
10许连续测量每一种化学示踪剂的残留物而不用取出油样品的设备，例如，比如用于溶解气 体的探针，或比色计。如上所述，电气设备的箱中的油的温度由于对流流动的原因是不均勻的。在该方 法的应用中，油的温度Th的测量必需优选在箱中的同一点上进行。然而，Th的测量处于实 际的原因考虑可以在箱中的任何位置上进行，它将优选在箱的上部进行。可以使用用于测 量已知温度的温度计、探针或其它装置来测量TH。步骤c)所述方法的步骤C)在于对于在步骤b)取出的样品进行分析以确定是否存在残 留物。根据本发明的一个优选实施方案，所述分析在于测量一种或多种残留物的浓度。 不用说，残留物不可检出的浓度等于样品中不存在残留物。在本领域中已知的并且允许确定化合物的存在及其浓度的所有分析技术都可以 被用于根据本发明的方法的应用。所使用的技术对所述方法的步骤a)中选择的化合物起作用。一些技术可以在取出样品的过程中直接在现场使用，比如在现场进行的比色法或 溶解气体分析法(DGA)。DGA是在本领域中熟知的技术。需要更复杂装置的其它技术可以在实验室中使用，比如例如质谱(MS)、核磁共振 (NMR)、气相或液相色谱(GC、LC或HPLC)、红外或紫外(UV)光谱(IR)或X-射线荧光。可以使用的技术并不限于上述的实例。步骤d)由步骤C)的分析，步骤d)在于估计热点的温度是否等于、高于或低于一种或多种 残留物的转变温度Τκ。在预期的一种或多种残留物不存在于油的情况下，操作者推导出热点的实际温度 低于所使用的一种或多种示踪剂的转变温度。因此，操作者可以从步骤a)重新开始所述方 法。在存在残留物的情况下，操作者推导出热点温度至少等于化学示踪剂的转变温 度，并且这将通过下面的不同优选实施方案进行详述。在平衡时使用仅一种示踪剂的情况在这种工作模式下，使用仅一种示踪剂，人们等待达到由步骤a)产生的油的温度 Th的平衡(参见图2)，并且人们进行步骤c)中描述的分析以确定是否存在残留物。如果存在残留物，则步骤d)可以按如下进行dl)人们移除油中存在的残留物，d2)人们根据新的工作条件使设备工作，以降低在平衡时达到的油的温度Th(参见 图2)，以及d3)人们重复上面限定的步骤b)、c)、dl)和d2)，直到在步骤c)所取出的样品中 不再存在残留物。在一种或多种残留物为溶解于油中的气体形式的情况下，步骤dl)将在于使油脱气。如果残留物不存在，则
d4)人们根据新的工作条件操作设备，以升高在平衡时达到的油的温度TH，以及d5)人们重复步骤a)、b)和c)，直到在步骤C)所取出的样品中存在残留物。在两种情况下，人们建立了热点温度Trc等于残留物的转变温度Tk的工作条件。在平衡之外使用仅一种示踪剂的情况在这种工作模式下，使用仅一种示踪剂，但是人们测量了在图2的温度升高过程 中并且当没有达到温度的平衡时残留物中的浓度。接着，人们通过外推法确定残留物开始 形成热点温度Tre的时间、，因而在时间、的热点温度Tre等于残留物的转变温度τκ。在平衡时使用至少两种示踪剂的情况在油中存在至少两种示踪剂的情况下，步骤d)按如下根据下面的两种方案进行。如果不存在残留物，则重复步骤a)至c)，直到所述可溶残留物中的至少一种存在 于所取出的样品中。如果存在所有的残留物，则消除油中存在的残留物并且重复步骤a)至c)至少一 个重复，直到至少一种所述的残留物在所取出的样品中消失。建立这样的工作条件热点温度Treest介于已经产生残留物的化合物的残留物的 转变温度Tki和还没有产生残留物的化合物的残留物的转变温度Tk2之间。步骤e)步骤e)在于计算下面两项之间的差值Δ t -在步骤d)中获得的热点温度Τκ，不论哪一个优选实施方案被选择；以及-在预定工作条件下的油的温度ΤΗ。步骤f)最后，步骤f)在于根据下列等式建立获得根据设备的任何其它工作条件的热点
温度Tpc* TPC* = Th*+Δ TTw是在给定工作条件下油的温度。一旦通过按照本发明的下列步骤a)至e)测量出差值Δ T，操作者就可以通过测量 对应于这种条件的油的温度Th推导出任何其它工作条件的热点温度Tre。Tpc值的知晓将允 许操作者改变油的温度，而不用担心已超过了设备中的油所允许的温度极限，因此而不用 担心损害设备，只要在这些条件下的热点低于这个温度极限即可。
实施例实施例1仅一种示踪剂的理论使用根据本发明的这个其它优选实施方案的方法，也就是说，仅一种化学示踪剂在变 压器的油中的使用还可以以下列方式预见a)选择示踪剂；b)在变压器的油中引入合适量的示踪剂；c)使变压器工作，以达到在平衡时的计算热点温度，该计算热点温度比示踪剂的 转变温度稍低；d)从变压器中取出一个油样品；e)进行分析以证实残留物不存在；
f)使变压器再次工作，以达到平衡时的计算热点温度，该计算热点温度比示踪剂 的转变温度稍高；g)从变压器中取出第二油样品，对所述油样品进行分析以确定是否存在残留物； 以及hi)如果存在残留物，则推导出已经达到实际的热点温度；h2)如果残留物不存在，则推导出未达到平衡时的实际热点温度，并且使变压器工 作以进一步升高热点温度，或h3)如果残留物在转变温度没有形成足够的可被检测的量，并且需要超过这个转 变温度以可被检测到，或如果优选以动态模式使用示踪剂，则i)使变压器工作，以使计算的热点温度超出转变温度15至30°C ；ii)定期取出油样品，以测量残留物含量的增加；iii)通过外推法确定转变反应已经在什么时刻开始，以及由此确定在这个时刻的 实际热点温度；以及iv)任选地，为了获得对热点测量的更好精度，通过以最佳方式使变压器工作以重 新开始所述方法。实施例2几种示踪剂的理论使用所述方法包括向变压器的油中添加至少两种化学示踪剂，每一种化学示踪剂的转 变温度均不同于另一种被选取的化学示踪剂的转变温度，并且其转变温度介于环境室温和 变压器内部最高的可允许温度之间。因此所述方法包括下列步骤a)选取几种不同的化学示踪剂；b)在油中引入化学示踪剂；C)在预定的时间周期期间使变压器工作，以达到所需的计算热点温度(高于或低 于示踪剂的转变温度)；d)在所述预定时间周期期间，从变压器中取出油样品；以及e)分析样品，以测定是否存在一种或多种残留物。由步骤e)中所进行的分析，推导出实际热点温度介于已经产生残留物的示踪剂 之一的阈值转变温度和还没有产生残留物的示踪剂之一的阈值转变温度之间。任选地，再 次将步骤c)至e)在不同温度再进行，以降低测量不确定性。本发明的这个方面还可以由图2示出，图2表示了作为变压器工作时间的函数的 实际或计算的热点温度的演变的实例，以及几种被命名为A、B、C、D、E、F和G的化学示踪剂 的转变温度的实例。根据图2所示的实例，其中曲线表示实际热点温度，变压器的油的分析必须显示 示踪剂A、B、C和D的残留物的存在，但不存在示踪剂E、F和G的残留物。这个方法允许直接在变压器中进行测量，而不中断变压器的工作。根据本发明的方法还可以包括使油脱气的预备并且任选的步骤，以更好地和/或 完全溶解由示踪剂产生的残留物，条件是所述残留是气体。例如，当残留物是N2气体时，溶 解在油中的气体必须被移除，因为空气中包含已知量的N2。溶解在油中的空气中的氮的存 在将使得由示踪剂转变成残留物所产生的浓度的测量失真。
实施例3至5 下面的三个实施例在100千伏-安培(KVA)和14，4kV至120V的相同变压器 Federal Pioneer 中进行，该变压器包含35加仑的绝缘矿物油Voltesso35 。对于实施例 1和3，在6小时期间施加额定电流负荷，而对于实施例2在8小时期间施加额定电流负荷。在测试结束时在变压器的箱的顶部的油的温度分别为120°C和135°C。实施例3 所选择的示踪剂是二苯基砜_3，3’ _ 二磺基胼的分子，该分子被化学改性以使这 个分子可溶于矿物油中(分子D)。为了实现这样，将烃饱和侧链(hydrocarbon saturated lateral chain)接枝在该分子上，所述链含有18个碳原子。这种改性的分子可在Uniroyal 公司中特别定购而商购。其反应温度或转变温度为130°C，在该温度下，所述分子形成氮气N2。起初，将变压器的油部分脱气，以消除大部分的通常溶解于其中的空气，直到在油 中的空气含量达到约2 %，使得由于分子D的分解而形成的氮气溶解于油中而不是形成气 泡。计算被引入在变压器的油中的分子D的量，使得其最终浓度具有约0. 1重量％的 在油中示踪剂。图3示出了结果，所示出的曲线表示a)在箱底部的油的温度；b)在箱顶部的油的温度；c)在绕组之外的油通道中的热转换器(thermal converter)；d)被溶解在油中的氮N2的浓度(以ppm计)；e)实际的热点温度。为了升高油的温度，给变压器提供电流负荷(图3的曲线a和b)在操作过程中取出油样品，并且检测由于分子D沿着图3上的实验曲线的分解所 致的氮形成的峰(曲线d)。所使用的技术是实验室中的溶解气体分析(DGA)。推导出，在残留物出现的时刻(曲线d)，在箱中油的最热点的温度等于残留物的 转变温度，即，130°C。图3的曲线(e)显示了实际热点温度作为时间函数的演变。实施例4 选择的示踪剂是为使其可溶于矿物油中而进行了化学改性的4，4’氧双(苯磺酰 基)胼的分子(分子F)。为了实现这样，将典型地含有18个碳原子的烃饱和侧链接枝在该 分子上。这种改性的分子可在Uniroyal公司中特别定购而商购。其反应温度或转变温度 为150°C，在该温度下，所述分子形成氮气N2。起初，将变压器的油部分脱气，以消除大部分的通常溶解于其中的空气，直到在油 中的空气含量达到约2 %，使得由于分子F的分解而形成的氮气溶解于油中而不是形成气 泡。计算被引入在变压器的油中的分子F的量，使得其最终浓度具有约0. 1重量％的在油 中的示踪剂。获得类似于图3所示的气体形成，但是在更高的温度。实施例5 所选择的示踪剂是具有烃化侧链的羰基金属的分子(分子G)。
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反应或转变温度为100°C，在该温度下，所述分子形成完全可溶于油中的一氧化碳 (CO)。计算在变压器油中引入的分子G的量，使得其最终浓度具有约0.01重量％的在油 中示踪剂。获得类似于图3所示的气体形成的结果，但是在更低温度。上面已经通过本发明的优选实施方案，参考附图对其进行了描述。应当指出的是 在本发明的范围之内对这些优选实施方案的任何修改均不被认为是改变本发明的性质或 范围。
权利要求
用于根据电气设备的不同工作条件建立所述设备中包含的油的热点温度TPC*的方法，所述方法包括a)使所述电气设备根据至少一种预定工作条件工作以提高所述油的温度TH，所述油包含至少一种可溶于所述油中的化合物，每一种化合物均在残留物转变温度TR形成可溶于所述油中的残留物；b)在步骤a)过程中或之后取出至少一种油样品，同时测量所述油的温度TH；c)对步骤b)中取出的所述至少一种样品进行分析，以确定是否存在所述残留物；d)由步骤c)的分析，将在已经允许所述至少一种残留物在样品中存在的所述至少一种预定工作条件下的热点温度TPC评价为等于所述至少一种残留物的残留物转变温度TR；e)计算在所述至少一种预定工作条件下的所述热点温度TPC和所述油的温度TH之间的差值ΔT；以及f)根据下面的等式建立获得根据所述设备的任何其它工作条件的热点温度TPC*TPC*＝TH*+ΔT；TH*是在所述油在所述其它工作条件下的温度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中-所述步骤a)通过使用仅一种可溶于所述油中的化合物而进行；-所述步骤b)在所述步骤a)之后进行；-在所述步骤c)之后，所述步骤d)按如下进行如果存在所述残留物，则dl)移除在所述油中存在的残留物；d2)使所述设备根据新的工作条件工作以降低所述油的温度Th ；以及d3)重复所述步骤b)、c)、dl)和d2)，直到在步骤c)所获得的样品中不再存在残留物，如果不存在残留物，则d4)重复步骤a)、b)和c)，直到所述样品中存在所述残留物；并且建立所述热点温度 Tpc等于所述残留物的转变温度Tk的工作条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中-所述步骤a)是通过使用仅一种可溶于所述油中的化合物而进行的； -所述步骤b)是在所述步骤a)的过程中通过在不同的时间取出至少两种油样品并且 同时测量所述油的温度Th而进行的；-所述步骤c)是对所述步骤b)中取出的每一种样品进行的，以测定在所述油中存在的 残留物浓度；-所述步骤d)是基于所述步骤c)测定的浓度，通过外推法确定从残留物开始形成的时 间、而进行的，在时间、的所述热点温度Trc等于所述残留物的形成温度Τκ。
4.根据权利要求1所述的方法，其中-所述步骤a)是通过使用至少两种可溶于所述油中的化合物而进行的，每一种化合物 在残留物转变温度Tk形成可溶于所述油中的残留物，每一种残留物的转变温度1\是彼此不 同的；-所述步骤b)在步骤a)之后进行； -所述步骤c)按如下进行如果不存在残留物，则dl)重复所述步骤a)至c)，直到被取出的样品中存在至少一种所述可溶残留物；如果存在所有的残留物，则d2)消除所述油中存在的所述残留物；以及d3)重复所述步骤a)至c)，直到所述可溶残留物中的至少一种不再存在于所取出的样 品中；建立热点温度Trcest介于已经产生所述残留物的化合物的残留物转变温度Tki和残留物 没有出现的化合物的残留物转变温度Tk2之间的工作条件；以及在所述步骤e)，将八！“计算为等于！^^㈣-!^ Th为在所述步骤a)的最后一次重复期间 测量出的所述油的温度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述电气设备是电源变压器。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种化合物在给定温度下是 -形成在所述油中可溶气体的化合物；-以不可逆的方式改变颜色的化合物； -以不可逆的方式改变相的化物；或者 -以不可逆的方式改变化学结构的化合物。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种化合物是重氮化合物、羰基金属、着 色化合物、颜料、液晶或清蛋白。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述至少一种化合物是重叠化合物，因而所形成 的残留物是可溶于所述油中的氮，因而所述方法包括在所述步骤a)之前的步骤，该步骤在 于使所述油进行脱气以从所述油中消除溶解的空气。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述至少一种化合物是为可溶于所述油中而经过 化学改性的二苯基砜-3，3’ - 二磺基胼或4，4’ -氧双(苯磺酰基)胼。
10.一种用于根据电气设备的不同工作条件建立所述设备中所含的油的热点温度Tre* 的仪器，所述油包含至少一种可溶于所述油中的化合物，每一种化合物在残留物的转变温 度Tk形成可溶于所述油中的所述残留物，所述仪器包括用于进行油样品的分析以确定是否存在所述残留物的装置；用于将在已经允许所述至少一种残留物在所述样品中存在的预定工作条件下的热点 温度Tre估计为等于所述至少一种残留物的转变温度Tk的装置； 用于测量所述油的温度Th的装置；用于计算在所述预定工作条件下的所述热点温度Tre和所述油的温度Th之间的差值 ΔΤ的装置；以及用于根据下列等式建立所述设备在任何其它工作条件下的热点温度Tre*的装置 Tre* = Th*+Δ T，Th*是所述油在所述其它工作条件下的温度。
11.根据权利要求10所述的仪器，其中用于进行所述油样品的分析的装置是用于测量 所述油中存在的每一种残留物的浓度的装置。
12.根据权利要求10所述的仪器，其中所述用于进行所述油样品的分析的装置使用比 色法、溶解气体分析法、质谱法、核磁共振法、气相或液相色谱法、红色光谱法、紫外光谱法 或X-射线荧光法。
13.根据权利要求10所述的仪器，其中所述用于测量所述油的温度的装置包括温度 计、热电偶或温度测量探针。
14.根据权利要求13所述的仪器，其中所述用于进行分析的装置、所述用于估计的装 置、所述用于计算的装置和所述用于建立热点温度Tre*的装置是通过计算机进行的，所述 计算机装配有软件并且与键盘和屏幕连接。
全文摘要
本发明涉及一种用于测量在含油的电气设备比如电源变压器中的实际热点温度的方法。电气设备在预定和可变化的工作条件下操作。所述方法包括使用一种或几种存在于并且可溶于油中的化合物或示踪剂。每一种示踪剂都可以在给定温度下转变，以形成残留物比如可溶气体。由于油中残留物的存在，操作者将能够确定热点已经达到的预定工作条件并且推导出给定条件下的热点。所使用的不同化合物包括重叠化合物、羰基金属、着色剂、颜料、液晶或清蛋白。所述方法还可以用于检测市售设备的质量以及估计其寿命。
文档编号G01R31/00GK101939656SQ200980104211
公开日2011年1月5日 申请日期2009年2月5日 优先权日2008年2月6日
发明者皮埃尔·库蒂尔, 米歇尔·迪阿尔 申请人:魁北克水电公司