CC BY
48
УДК 621.315.6
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СТРУКТУРНО-ГРУППОВОГО СОСТАВА ПО СПЕКТРАМ ПРОПУСКАНИЯ ТРАНСФОРМАТОРНОГО МАСЛА
В.К. КОЗЛОВ*, Г.А. МУРАТАЕВА*, Д.Н. КОЛУШЕВ*, А.В. ШИРОКОВ*
*Казанский государственный энергетический университет ** Казанские электрические сети, ОАО «Сетевая компания»
В настоящей работе показана возможность определения структурно-группового состава трансформаторных масел по спектрам поглощения в ближней ИК-области на основании установленных математических зависимостей.
Ключевые слова: ближняя ИК спектроскопия, трансформаторное масло, спектральный анализ.
В процессе эксплуатации масло в трансформаторе под действием внутренних и внешних факторов претерпевает глубокие изменения. В результате в масле протекают процессы старения, ухудшающие свойства масла. Поэтому необходим систематический экспресс-контроль масла и условий его эксплуатации.
Эксплуатационные свойства масла и его качество характеризуются по структурно-групповому составу.
Известно множество методик определения структурно-группового состава [1]. Для трансформаторных масел используется метод, основанный на экспериментально определяемых физико-химических параметрах масел, таких как плотность, показатель преломления, кинематическая вязкость. Данный метод [4] определяет процентное содержание углеводородов в ароматической, нафтеновой и парафиновой структурах по физическим показателям (плотность, показатель преломления, кинематическая вязкость), используя при вычислении номограммы. Кроме того, метод может быть использован только для свежих масел, что делает невозможным его оперативное применение для масел, находящихся в эксплуатации.
В связи с этим обстоятельством в данной работе рассмотрена возможность получения экспертных оценок структурно-группового состава на основе спектрального анализа трансформаторных масел.
Для исследования спектральных характеристик трансформаторных масел были отобраны образцы масел марок ВГ (ТУ 38.401978-98), ГК (ТУ 38.101.1025-85) и их смесь в отношении 1:1.
Результаты структурно-группового состава образцов масел, полученные в лаборатории по номограммам [4]:
ВГ: С а = 3,32%; Сн = 25,19%; СП = 71,49%;
ГК: С А = 1,84%; СН = 39,45%; СП = 58,71%; и для смеси:
смесь: СА = 2,58%; СН = 32,32%; СП = 65,10%,
где СА, СН, СП - процентное содержание углеводорода в ароматической, нафтеновой и парафиновой структурах.
© В.К. Козлов, Г.А. Муратаева, Д.Н. Колушев, А.В. Широков Проблемы энергетики, 2010, № 7-8
Спектры исследуемых образцов получены с помощью спектрофотометра СФ-56 в спектральном диапазоне от 300-1100 нм. При регистрации спектров использовались кварцевые кюветы толщиной 25 мм.
В спектрах трансформаторных масел в области 850-980 нм выявлены четыре полосы. В области 900-950 нм ИК-спектра трансформаторного масла проявляются валентные колебания СН групп: 910 нм принадлежит колебаниям третьего обертона метильной группы СН3, а пик при 920-950 нм относится к валентным колебаниям третьего обертона метиленовой группы СН2.
В области 880-890 нм проявляются электронные колебания третьего обертона СН связи ароматического кольца. Полоса поглощения группы ОН ионола находится около 957нм [2, 3].
Для обработки спектров использовались математические преобразования спектральных данных с устранением из спектра тренда. Перекрытие полос поглощения вызывает необходимость применения методов разделения спектрального профиля на индивидуальные полосы [3].
Был проведен анализ взаимосвязи коэффициента поглощения и содержания углеводородных составляющих на соответствующих длинах волн.
Получена зависимость содержания ароматических углеводородов от коэффициента поглощения, описываемая уравнением
СА = 2,80- т+1,0018, коэффициент корреляции И=0,97,
где т- коэффициент поглощения, %.
Получена зависимость содержания парафиновых углеводородов от коэффициента поглощения, описываемая уравнением
СН = 13,58- т-135,43, коэффициент корреляции И=0,94.
Получена зависимость содержания нафтеновых углеводородов от коэффициента поглощения, описываемая уравнением
СП = 15,26- т-217,95, коэффициент корреляции И=0,96.
На рис. 1 показана корреляционная зависимость содержания ароматических углеводородов от коэффициента поглощения на длине волны в области 880 нм.
3,5
1 -,-,-,-,-,-,-,
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 Коэффициент поглощения т, %
Рис. 1. Корреляционная зависимость содержания ароматических углеводородов от
коэффициента поглощения
© Проблемы энергетики, 2010, № 7-8
Из представленных данных видно, что при изменении содержания углеводородов изменяется величина коэффициента поглощения. С увеличением содержания углеводородных составляющих увеличивается коэффициент поглощения трансформаторного масла на соответствующих длинах волн.
Выводы
В работе показана возможность контроля структурно-группового состава трансформаторных масел. Анализ структурно-группового состава позволяет сделать вывод о процессах, идущих в масле, и спрогнозировать изменение электроизоляционных свойств трансформаторного масла.
Summary
In the present work shows the possibility of determining the structural-group composition of transformer oil on the absorption spectra in the near-infrared based on the established mathematical dependencies.
Key words: NIR spectroscopy, transformer oil, spectral analysis.
Литература
1. Ван-Нес К., Ван-Вестен Х. Состав масляных фракций нефти и их анализ. Пер. с англ. М.: Изд-во иностр. лит.,1954. 463 с.
2. Owen H. Wheeler. Near infrared spectra of organic compounds // Chem. Rev.-V59, 1959. №4. C.629-666.
3. В.П. Крищенко Ближняя инфракрасная спектроскопия. М, 1997. 63 с.
4. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.
Поступила в редакцию 21 сентября 2009 г.
Козлов Владимир Константинович - д-р физ.-мат. наук, профессор, заведующий кафедрой «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-72.
Муратаева Галия Амировна - аспирантка кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8 (843) 519-42-72; 8-903-306-21-37. E-mail: [email protected].
Широков Анатолий Васильевич - начальник службы изоляции и защиты от перенапряжений ОАО «Сетевая компания». Казанские электрические сети. Тел.: 8 (843) 572-10-87.
Колушев Дмитрий Николаевич - ведущий инженер службы информационных технологий ОАО «Сетевая компания». Казанские электрические сети. Тел.: 8 (843) 572-10-87.
© Проблемы энергетики, 2010, № 7-8
