判别大豆基天然酯再填充变压器后残留矿物油比例的方法与流程

本发明属于变压器油的再填充领域，涉及一种判别大豆基天然酯再填充变压器后残留矿物油比例的方法。

背景技术：

虽然说矿物油是一种常用的变压器油，但是进行再填充的原因有以下几点：首先，矿物绝缘油是易燃液体，其燃点通常在170℃，闪点在140℃，天然酯绝缘油是一种新型环保液体绝缘介质，其燃点和闪点均大于300℃，远大于矿物油，进行天然酯再填充将大大提高消防安全。第二，矿物油生物降解率低，一旦发生泄漏会对水源、土地造成严重污染，天然酯被官方归类为容易生物降解的，并且被认为比矿物油更环保。第三，天然酯类液体比矿物油对水的敏感性小，耐湿性更好。最后，天然酯绝缘液可以延长固体绝缘寿命。所以为了延长变压器的寿命，增加变压器的经济效益，对矿物油变压器进行天然酯再填充是一种有效而可靠的方法。

然而，在再填充过程中通过排油和冲洗步骤无法完全清除变压器中的残余矿物油，尤其是大量绝缘纸、绝缘纸板的存在，使得残余矿物油不可避免，造成换油后运行变压器的绝缘油实际为天然酯绝缘油与矿物油所构成的混合油。但研究发现，相比天然酯绝缘油，当矿物油与天然酯绝缘油的混合比例为5％：95％时，混合油的燃点无变化，闪点略有下降；当混合比例为10％：90％时，混合油的燃点、闪点均明显下降。所以当将矿物油变压器换成天然酯时，应进行冲洗，减少矿物油残余，从而保证实际运行绝缘油的防火安全性满足要求。按照实验结论，应该将残余矿物油的比例控制在7％以内，建议残留矿物油的比例不超过5％。因此，需要提出一种判别大豆基天然酯再填充变压器后确定混合油中矿物油残留比例的方法，来评估再填充后的变压器油是否满足要求。

目前用来评估再填充后的变压器油是否满足要求的主要手段是测试混合油的闪点。但是闪点受环境因素的影响比较大，且构造混合油闪点与矿物油比例的关系较为困难。粘度作为变压器油的基本理化性能之一，是对流动性的定量表示，影响粘度的因素有温度、压力、剪切速率以及相对分子质量等。大豆基天然酯在iec标准中被定义为甘油三酸酯，矿物油的主要组成成分为烷烃，在给定温度下，根据mark-houwink-sakurada公式可知，由于大豆基天然酯相对平均分子质量较大，分子间作用力较强，所以其粘度比矿物油要大。当在大豆基天然酯中掺入矿物油后，相当于加入了相对平均分子质量较小的液体，低分子可降低大分子链间的作用力，起“润滑”的作用使得混合油的粘度降低。有实验室测试证明，天然酯和矿物油组成的混合油粘度与矿物油所占比例近似呈线性关系，尤其是在再填充后，矿物油的比例一般不会超过10％。在0-10％矿物油比例的区间上混合油粘度与矿物油比例的线性关系更加明显。因此本发明提出用粘度作为判别大豆基天然酯再填充变压器后确定混合油中矿物油残留比例的方法，来评估再填充后的变压器油是否符合要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种判别大豆基天然酯再填充变压器后残留矿物油比例的方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

判别大豆基天然酯再填充变压器后残留矿物油比例的方法，包括以下步骤：

步骤1，在矿物油变压器进行大豆基天然酯再填充之后，对再填充后的混合油进行采样；

步骤2，取再填充后的混合油进行检验，对其进行过滤、除气除水预处理，参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下混合油的粘度；将测试得到的混合油粘度代入到通过实验数据拟合确定的回归方程，计算得到再填充后混合油中矿物油的比例，对再填充后的混合绝缘油进行评估。

本发明进一步的改进在于：

所述步骤1中大豆基天然酯和矿物油组成的混合油粘度与矿物油所占比例呈线性关系，根据式(1)得到最佳的结果：

其中，ηc是液体混合物的粘度，x1和η1是组分1的体积分数和粘度，x2和η2是组分2的体积分数和粘度；α1和α2分别为混合物中组分1和2的特性粘度参数；r为通用气体常数，其值为8.314j/(mol·k)；t代表的是绝对温度；

现假设再填充后矿物油占混合油的比例为km，粘度为ηm；大豆基天然酯的比例为ke，粘度为ηe；αm和αe分别为矿物油和大豆基天然酯的特性粘度参数；实际再填充后矿物油的比例km小于10％，此外测试40℃下粘度值时，t＝313k，和的值也很小，因此式(1)将和泰勒展开并且略去二次项，近似化解得到式(2)：

将ke＝1-km带入式(2)并且略去二次项，得到：

则大豆基天然酯和矿物油组成的混合油粘度与矿物油所占比例呈线性关系。

所述步骤2中的混合油粘度和矿物油比例的回归方程是通过拟合关联法，通过将过滤、除水、除气后的不同比例矿物油与大豆基天然酯混合、搅拌至完全相容，参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下混合油的粘度，通过实验数据拟合确定混合油粘度和矿物油比例的回归方程为：

ηc＝-42.97km+30.9568(4)

其中，ηc为液体混合物的粘度，km为矿物油占混合油的比例。

所述步骤2中取再填充后的混合油进行检验，参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下混合油的粘度，将测试得到的混合油粘度代入到式(4)中通过实验数据拟合确定的回归方程，计算得到再填充后混合油中矿物油的比例，对再填充后的混合绝缘油进行评估；其中，残余矿物油的比例为5％～7％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

目前用来评估再填充后的变压器油是否满足要求的主要手段是测试混合油的闪点。但是闪点受环境因素的影响比较大，且构造混合油闪点与矿物油比例的参数模型较为困难，暂时不能通过测试混合油的闪点直接判断矿物油的比例。本发明的目的在于精确判断再填充后混合油中矿物油的比例以及评估再填充后的混合油是否满足要求，提出了一种通过测试混合油粘度判别矿物油比例的方法。本发明的优势在于，再填充后矿物油的比例一般不会超过10％，在0-10％矿物油比例的区间上混合油粘度与矿物油比例的线性关系十分明显，因此可以比较准确地得到大豆基天然酯与矿物油混合油粘度与矿物油比例的方程模型。另外混合油的粘度这一理化性能对水分的敏感度较低，有效降低了环境因素对测量结果的影响。

附图说明

图1为本发明实施用粘度判别大豆基天然酯再填充变压器后残留矿物油比例的流程图；

图2为油过滤平台示意图；

图3为油除气除水平台示意图；

图4为混合油的粘度与矿物油比例的关系图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明用粘度判别大豆基天然酯再填充变压器后残留矿物油比例的方法，包括以下步骤：

步骤1，对于矿物油变压器，在释放其中矿物油改为用大豆基天然酯再填充后，矿物油占混合油的比例一般小于10％。且根据液体混合物粘度估计的经典方法，推导得出天然酯和矿物油组成的混合油粘度与矿物油所占比例近似呈线性关系；因此提出用粘度作为判断再填充后残留矿物油比例的方法；

大豆基天然酯和矿物油组成的混合油粘度与矿物油所占比例近似呈线性关系，是根据《石油化工设计手册》第一卷“石油化工基础”中液体混合物粘度估算的lobe经典方法近似得出。lobe等人检验了许多液体粘度关联式后，发现对组分1和组分2组成的双元体系，以下公式可以得到最佳的计算结果：

其中ηc是液体混合物的粘度，x1和η1是组分1的体积分数和粘度，x2和η2是组分2的体积分数和粘度。

式中，α1和α2分别为混合物中组分1和2的特性粘度参数；r为通用气体常数，其值为8.314j/(mol·k)；t代表的是绝对温度。

特性粘度是高分子溶液粘度最常用的表示方法，它定义为当高分子溶液浓度趋于零时的比浓粘度，即表示单个分子对溶液浓度的贡献。因此其值一般很小，再加上和当测试40℃下粘度值时，t＝313k。因此和的值非常小。

现假设再填充后矿物油比例为km，粘度为ηm；大豆基天然酯的比例为ke，粘度为ηe。αm和αe分别为矿物油和大豆基天然酯的特性粘度参数；实际再填充后矿物油的比例km小于10％，因此式(1)将和泰勒展开并且略去二次项，近似化解得到式(2)：

将ke＝1-km带入式(2)并且略去二次项，得到：

综上，推测大豆基天然酯和矿物油组成的混合油粘度与矿物油所占比例近似呈线性关系。

步骤2，取再填充后的混合油进行检验，对其进行过滤、除气除水等预处理，参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下混合油的粘度；将测试得到的混合油粘度代入到通过实验数据拟合确定的回归方程，计算得到再填充后混合油中矿物油的比例，对再填充后的混合绝缘油进行评估。

用粘度作为判断再填充后残留矿物油比例的方法和实验数据拟合确定的回归方程只适用于对矿物油变压器进行大豆基天然酯再填充的情况。

混合油粘度和矿物油比例的回归方程是通过拟合关联法，通过将过滤、除水、除气后的不同比例矿物油(0-10％)与大豆基天然酯混合、搅拌至完全相容，参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下混合油的粘度，通过实验数据拟合确定混合油粘度和矿物油比例的回归方程为

ηc＝-42.97km+30.9568(4)

其中，ηc为混合油的动力粘度(单位：厘泊cp)，km为矿物油占混合油的比例。

取再填充后的混合油进行检验，参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下混合油的粘度，将测试得到的混合油粘度代入到权利要求4中通过实验数据拟合确定的回归方程，计算得到再填充后混合油中矿物油的比例，对再填充后的混合绝缘油进行评估。其中，残余矿物油的比例应该控制在7％以内，建议残留矿物油的比例不超过5％。

实施例：

由于变压器油在转移、再填充和采样过程中可能受到杂质及空气中水分及氧气的侵入，而这些物质会在一定程度上影响绝缘油的性能，因此在实验前，需对参与实验的所有绝缘油进行过滤及除水除气预处理：

(1)过滤：采用的过滤平台示意图参见图2。该平台使用内直径为125mm的布氏陶瓷漏斗，上面放置有英国whatman的5号定性滤纸(直径125mm，孔径2.5μm)及1820号玻璃纤维滤纸(直径125mm，孔径1.6μm)各一张。漏斗放置于抽滤瓶上，上部抽滤口连接有真空泵，以帮助并加速绝缘油通过滤纸。在内部真空环境下，倒入绝缘油进行过滤。

(2)除水除气：采用的除水除气预处理平台示意图参见图3。在过滤结束后，将经过滤后的绝缘油转移至上下口抽滤瓶中。打开磁力搅拌器，将加热温度设定为90℃，选择合适的搅拌转速，使得搅拌子旋转时不偏离中心且尽可能快，以加速油中气体及水分的逸出。关闭氮气阀，打开抽真空阀和真空泵，使得内部处于真空环境。在保持此状态进行除水除气至少12h。之后，关闭真空泵及抽真空阀，打开氮气阀和氮气袋，使得氮气进入并平衡内外气压。气压平衡后，便可打开出油阀，将处理后的绝缘油放入玻璃容器中密封备用。

(3)参考标准gb265-88《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》测试40℃下预处理好的混合油的粘度。

(4)将测试得到的混合油粘度代入到通过实验数据拟合确定的回归方程：

ηc＝-42.97km+30.9568

计算得到再填充后混合油中矿物油的比例，对再填充后的混合绝缘油进行评估。其中，残余矿物油的比例应该控制在7％以内，建议残留矿物油的比例不超过5％。若矿物油的比例小于7％，则再填充后的混合绝缘油满足要求。

应用实例：

选取配置完好的大豆基天然酯与矿物油的混合油，来验证回归方程的准确性和有效性。这里我们选取矿物油比例为1％、2％、3％、4％、6％、8％、9％、10％，测试不同样品的粘度，通过拟合方程计算得到的矿物油比例和计算误差如下表所示。

应用实例计算结果

可以看到，在一定的可接受误差范围内，通过测取混合油的粘度，可以较好地计算得到矿物油的比例。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。