CN112034132B - 一种基于银含量检测的有载分接开关触头损伤判定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于银含量检测有载分接开关触头损伤状况的检测方法，包括：1、油样的获取；2、油样的总银含量检测。3、通过2的检测得到的总的银含量，结合经验判据，判断触头是否损伤情况。本发明通过检测变压器油中银的含量来反应油浸组合式有载分接开关触头的损伤情况，从而判定并及时反馈油浸组合式有载分接开关的健康状况，为油浸组合式有载分接开关的检修提供依据。本发明可以在不用吊罩大修的情况下让检修人员了解内部触头的损伤情况，能够及时反馈触头可能发生的潜在慢性缺陷，对于维护电力***的安全稳定运行具有重大的现实意义，也具有极高的经济性。

Description

一种基于银含量检测的有载分接开关触头损伤判定方法

技术领域

本发明涉及一种有载分接开关内部触头故障诊断的方法。具体涉及一种通过检测有载分接开关内变压器油中金属银含量，来确定变压器有载分接开关的触头是否发生故障的诊断方法。

背景技术

有载分接开关(On-load tap changer)作为变压器的辅助设备，在电网中被广泛地应用。它能够有效避免电压的大幅度波动，增加了电网调度的灵活性，为电力***的稳定运行提供了可靠的保障。

目前在运的有载分接开关有组合式和复合式，且以油浸组合式的有载分接开关居多。组合式有载开关的切换开关和选择开关是分开的。切换开关由快速机构驱动，专门用于切换负荷电流，放置在单独的绝缘筒内。选择开关负责选择分接头，不切断电弧，动作于切换开关动作之前。切换开关与选择开关之间按规定动作顺序动作。复合式有载开关的选择开关本身带有切换触头，切断电弧与选择分接头动作是同时进行的，结构比较紧凑，所有的部分组装在一个绝缘筒内，过渡电阻与动触头都装在转动轴上。

本专利主要涉及油浸组合式有载分接开关。组合式有载分接开关包括两部分(附图1a)，一个是上部分包含切换开关的油室(附图1b)，一个是下部分的选择开关(附图1c)。分接开关相当于存在两个并联的支路，在有载分接开关动作时，选择开关先选择档置，确定好新的档位后，再由切换开关动作，完成换挡。

切换开关动作时，往往因切换存在一定的延时或接触面摩擦，会产生放电现象。在放电过程中由于动静触头之间的振动弹跳会引起电弧，灼烧触头。切换开关的触头往往表面镀银或者是由纯银构成，在此过程中会产生金属银单质和银的离子化合物，这些金属银微粒和离子化合物会溶解在油室的变压器油中(以微粒的形式存在油中，或者以离子在溶解在油中的有机溶剂中)。

目前对于有载分接开关的检测方法主要有振动法，电机电流法和红外测温法。振动法通过在线监测OLTC接线端子或变压器油箱表面的振动信号来监测OLTC的状况，此方法的缺点主要是测量的信号多次经过了转换轴的振动信号，并非直接测量信号源本身，信号在传播的过程中损耗较大，测量精确度较低。电机电流法通过测量控制电机的电流信号，可以获得相应的转轴扭矩，通过比较扭矩的大小可以判定内部机械结构的卡涩等问题，却无法反映触头本身可能发生的磨损或灼伤。红外测温法能够观测到比较明显的外部温度变化，特别是出线端子线夹的发热情况，内部不明显的发热情况无法检测。通常外部出现明显的温升时，其内部的发热情况已经非常严重。

研究表明，变压器油中含有的硫及其化合物(如硫醇、硫醚等)。实际上，溶解在变压器油中的单质硫在硫醚的环境中其化学性质会非常活跃，会对银触头表面产生严重的腐蚀。特别是在切换开关动作过程中电弧的灼烧会引起触头表面过高的温度，高温会进一步提高单质硫的活性，加大其对触头的腐蚀能力。在电弧条件下的银单质与硫发生反应，生成的银离子会溶解在变压器油中。通过检测有载分接开关油室变压器油中的金属银含量的多少，可以确定触头的灼烧程度，从而判定触头的健康状况。

有必要说明油中银的存在方式可能有2种。一种是溶解在有机溶剂中以离子态呈现的；一种是以悬浮微粒的形式存在于变压器油中。在本专利中，以悬浮微粒形式存在的银及其化合物，最终以强酸进行溶解，按离子态进行滴定确定其含量。综合来看利用离子检测法，最终通过得到等效油中的总银含量能有效的反馈内部触头的损伤情况，是诊断变压器有载分接开关内部触头潜在故障的一种十分有效且必要的方法。

实际运维检修过程中由于变压器有载调压触头的检查只有在开关大修时通过吊芯才能够完成，主变的大修检查会对生产和生活造成较大的影响，大修工作的周期往往也比较长。有载分接开关在变压器运行时会随负荷的变化比较频繁的动作，其触头损耗的进度可能相对也要快一些。等到大修周期再对有载分接开关进行检测，可能会错过发现潜在缺陷的最佳时机。本项目的意义就在于，无需进行大修吊罩检查，平常试验也只需获取有载分接开关的油样，通过检测开关内部油样中离子成分的变化，及时有效的发现触头的健康状况，及早发现有载分接开关内部触头的潜在缺陷，为后续制定检修工作提供指导意见。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种判定有载分接开关触头故障的新方法，通过检测有载分接开关油室中变压器油中金属银总含量(固体悬浮物或者油中溶解的离子态)，来反映变压器有载分接开关触头的损伤状况，为变压器有载分接开关的检修提供依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于金属银离子含量判定变压器有载分接开关触头健康状况的检测方法，主要包含三个方面：a)样本的获取，b)金属银离子的检测，c)结果判定

与现有的变压器有载分接开关故障判定方法相比，本发明专利有如下优势：

本发明能够更加准确的判定触头有关的故障，特别是电弧放电引起的触头灼伤，能够明确的知道故障发生的具体单元。实际上传统的油色谱能够通过检测油中气体成分比重来判定故障类型，但无法确定过热和放电具体在有载分接开关内部的何种位置。通常来说，触头磨损或被电弧灼伤的缺陷不容易被即时发现缺陷，而机械单元内部由于弹簧卡涩引起的故障一般可以通过检测外部驱动电机电流的异常发现。

本发明能够及时反馈触头的健康状况，通过检测对比油样中金属银的含量，来确定触头的损伤程度，这种对比是通过专门检测工具来实现。

本发明中所涉及的检测工具主要有油料分析光谱仪，专门用来分析油中物质的成分于含量。由于油料分析光谱仪不能用来检测固体微粒物，有必要对悬浮微粒物进行滤除。对于可能存在的较大的悬浮微粒，本专利中采用过滤干燥溶解滴定的方法进行处理。

一种基于金属银离子含量判定变压器有载分接开关触头健康状况的检测方法，其核心在于引入了一个新的检测变量——油中银元素含量。通过检测银元素的含量来反应触头的损伤情况，从而判定有载分接开关的健康状况。这种方法显著的优势在于，在日常的运维过程中就能够了解开关触头的损伤情况，不需要对有载分接开关进行吊芯检查，能够发现有载分接开关内部尚未成型的潜在缺陷，有助于运维检修人员及时根据情况制定现场检修策略，为电力***的稳定运行提供有力的保障。

附图说明

图1为组合式有载分接开关结构示意图。

具体实施方案

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

一种基于金属银含量判定变压器有载分接开关触头损伤状况的检测方法，主要包含三个方面：a)油样的获取，b)金属银的检测，c)结果判定。

a)油样的获取：根据工作现场的有载分接开关是否安装有在线滤油机，可分为

1)有载分接开关无滤油机时，从分接开关的出油管处取油。

2)有载分解开关外接滤油机且开关出油管带三通阀时，从滤油机的进油口处取油。

3)有载分解开关外接滤油机但开关出油管无三通阀时，从滤油机排气口取油。

将取得的油样放入专门的存放工具中。

每隔一段时间获取一个油样，注意每次取样的时间间隔应该相同(一般可选择1个月为一个时间间隔)，具体应视检测结果而定，如果两次间隔检测结果差异较大，则需要加大对取样主变的检测力度。

b)金属银的检测：考虑获得的油样中金属银存在的形式可能有两种，一种是以离子态溶解在油中，这部分采用油料光谱分析仪检测；另外一种形式是以微粒形式悬浮在油中，这部分还需要进行滤取操作后进行滴定。对这两部分采取的检测方式稍有不同，最终的计算结果将把微粒形式的也等效成离子态的计算银含量，以等效的浓度为最终结果。

根据有无接入在线滤油机的不同应用场景，对应油样的处理方式有不同，具体的说

对于未接入在线滤油机的，考虑到其油中可能存在悬浮颗粒物，有必要对其样本进行相应的处理，其中一半的样本处理后对其干燥后的杂质进行成分分析，测定其是否含银且确定其等效银含量，另一半的样本经过滤后测定其油中离子态银含量。

对于接入了在线滤油机的，考虑到其油中可观测悬浮颗粒物基本已被滤除，没有必要进行滤除杂质的步骤，故可直接经仪器测定其油中银子态银含量。

b.1.油中离子的检测：油料光谱分析仪可用于油中的多种成分，并对其进行定量分析，获得相应的离子浓度，可以精确到亚ppm级。在这部分操作过程中，所需要的油样很少，一次只需要2mL左右即可。所以每次取样的结果，对于变压器有载分接开关油室的影响是很小的。

b.2.油中可能存在的颗粒悬浮物中的银元素滴定

油中可能存在的颗粒悬浮物有CuS、Cu₂S，Ag₂S，S考虑到这些悬浮物在水中的溶解度比在油中的溶解度要高。可以将样本倒入等量蒸馏水中，待静置分层后吸出上部分油层。用干锅将样本中水蒸发殆尽，对余下的固态颗粒(如果有的话)进行检测。离子检测法的基本思想是将银离子首先溶解在强酸性的环境中，再通过加入鉴定试剂对其存在与含量进行分析。

方法一：在酸性环境下通过离子含量检测：

将颗粒打磨成粉，放入少量蒸馏水中搅拌均匀，加入稀硝酸溶液并适当加热，直到溶液中杂质完全溶解。待冷却后，用20％NaCl溶液对稀硝酸处理的溶液进行滴定，直到继续往水中滴入时不再产生白色浑浊为止。记录每次滴入NaCl溶液的剂量。

方法二：佛尔哈德法

将颗粒打磨成粉，放入少量蒸馏水中搅拌均匀，加入稀硝酸溶液并适当加热，直到溶液中杂质完全溶解。待冷却后，在酸性条件下，以铁铵矾作为指示剂，用NH4SCN(或KSCN，NaSCN)的标准溶液直接滴定溶液中的Ag+，至溶液中出现FeSCN2+的红色时表示终点达到。记录每次滴入NH4SCN溶液的剂量。

c)结果判定：本方法需要累积历史数据，通过将以往触头损伤程度与故障中油样的等效总银含量，从而判定有载分接开关中切换开关触头的健康程度。

通过获取足够多的样本历史数据，建立对应的缺陷等级与总银含量之间的关系。

表1：检测得到的总银含量与缺陷等级对应关系

对于表1中缺陷1级的解释：通常来说变压器中含有少量的杂质硫和硫的化合物(硫醇、硫醚等)，已有研究表明硫单质在硫醇的环境下，对于金属银片的腐蚀表现出特别活泼，所以即便在非故障的情况下，油样中的金属银离子也会存在。此外，由于开关切换档位时触头之间由于相互之间摩擦力的作用，难免会使得最表面的金属层脱落，也会引起触头的磨损，但这些磨损不足以对调压开关的正常运行造成影响。

对于表1中X，显然有X₁<X₂<X₃<X₄，且X₁<<X₄

对于表1中X的进一步说明，考虑到不同厂家不同电压等级的油浸式有载分接开关的差异，本方法对应的总银含量无法具体统一标定，需要大量的历史数据积累。

后面的缺陷等级需要结合具体事故等级。

附录4对检测中涉及的部分化学方程式进行了说明

本发明所述具体的检测实施方案仅为参考，文中虽通过特定的术语进行说明，但不能以此限定本专利的保护范围，所有涉及以银离子含量为变压器有载分接开关检测特征量的方法均为本专利所包含之权利。熟悉此技术领域的人士可在了解本专利的精神与原则后对其进行变更或修改而达到等效目的，而此等效变更和修改，皆应涵盖于权利要求范围所界。

附录1专利中所涉及的部分化学反应说明

方法一所涉及的化学方程式：

在检测中，取样获得的杂质中可能含有多种成分，其中主要包含但不局限于CuS、Cu2S，Ag2S，S

实际上，CuS对热不稳定，在受热时容易发生分解

与稀硝酸的反应

当硝酸浓度较高时

实际上在浓硝酸中，S会被氧化成为6价，则

S+HNO₃(浓)→H₂SO₄+NO₂+H₂O

合并以上可知：

Cu²⁺离子在溶液中通常呈现淡蓝色，本专利也可用于是否存在Cu²⁺离子

对于银盐来说：

在混合液中，可能存在Ag₂SO₄，查阅资料可知，在酸性环境下

注意，在20℃时，AgCl溶解度为0.001923g，Ag₂SO₄的溶解度为0.8g，Cu₂S的溶解度为2.4×10^-17g

方法二中所涉及的化学方程式

关于银盐的产生已经出现在方法一中的此处不再赘述。

铁铵矾(NH₄)₂SO₄·Fe₂(SO₄)₃·24H₂O是一种化学物质，无色至淡紫色透明八面形结晶，无气味，有收敛酸味。有风化性。易溶于水，几乎不溶于醇。

滴定反应：Ag⁺+SCN^-＝AgSCN↓

指示反应：Fe³⁺+SCN^-＝FeSCN²⁺(红色)

AgSCN在水中的溶解度比AgCl还要低，更显著的低于Ag₂SO₄的溶解度，所以铁铵矾溶液不会影响Ag⁺的滴定。溶液中首先析出AgSCN沉淀，当Ag⁺定量沉淀后，过量的一滴NH₄SCN溶液与Fe³⁺生成红色的络合物，即为滴定的终点。

需要注意的地方：

1、终点出现的时间与Fe³⁺的浓度有关；

2、滴定时，溶液的酸度一般控制在0.1～1mol/L，此时Fe³⁺主要以Fe³⁺(H₂0)₆ ³⁺的形式存在，颜色较浅。如果酸度过低，则Fe3+水解，形成棕色的Fe(H₂0)₅OH²⁺或Fe₂(H₂0)₄(OH)₂ ⁴⁺等，影响终点的观察，酸度过低时，甚至能析出水合氧化沉淀物。

3、在滴定过程中，不断形成的AgSCN沉淀具有强烈的吸附作用，部分Ag⁺被吸附于其表面上，往往会出现终点过早出现的情况，使得滴定结果偏低，滴定时必须充分摇动溶液，使被吸附的Ag⁺及时的释放出来。

Claims (2)

1.一种油浸组合式有载分接开关触头损伤判定方法，包括以下步骤：

步骤1，从变压器有载分接开关获取油样，取样体积为500mL，采取定期取样法；

步骤2，对获取的油样进行检测，确定其银含量；

步骤3，根据测定所得银的含量，判断油浸组合式有载分接开关的切换开关触头损伤程度；

通过检测油样中总银含量，建立油中总银含量与有载分接开关触头损伤程度之间的对应关系；

根据计算得到的总银含量，利用查表法在总银含量与缺陷等级对应关系表中查找获得触头的缺陷等级，其中总银含量与缺陷等级对应关系表通过下述方法获得：针对触头健康状况各不相同的多个油浸组合式有载分接开关，利用步骤1～步骤3获得各油浸组合式有载分接开关对应的总银含量并将检测结果与触头损伤程度对应，形成总银含量与四个缺陷等级对应关系表；

对于未接入在线滤油机的，考虑到其油中可能存在悬浮颗粒物，有必要对其样本进行相应的处理，其中一半的样本处理后对其干燥后的悬浮颗粒物进行成分分析，测定其是否含银且确定其等效银含量，另一半的样本经过滤后测定其油中离子态银含量；

油中可能存在的悬浮颗粒物中的银元素滴定采用离子检测法，具体是将银离子首先溶解在强酸性的环境中，再通过加入鉴定试剂对其存在与含量进行分析；

油中悬浮颗粒物包括CuS、Cu₂S、Ag₂S、S；油中悬浮颗粒物中的银元素采用滴定的方法检测，过程为：将样本倒入等量蒸馏水中，待静置分层后吸出上部分油层；

用干锅将样本中水蒸发殆尽，对余下的固态颗粒进行检测；

在工作现场的有载分接开关取油还需要根据是否安装有在线滤油机，确定步骤2的细节：

1)有载分接开关无滤油机时，从分接开关的出油管处取油；

2)有载分解开关外接滤油机且开关出油管带三通阀时，从滤油机的进油口处取油；

3)有载分解开关外接滤油机但开关出油管无三通阀时，从滤油机排气口取油；

在取油过程中一定要遵守国网公司关于变电检修运维的相关规程，与带电部位保持足够的安全距离。

2.如权利要求1所述的油浸组合式有载分接开关触头损伤判定方法，其特征在于，取样时的容器自身带有量程。

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