CC BY
87
УДК 621.315.6
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ СПЕКТРОСКОПИИ ДЛЯ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ИЗОЛЯЦИОННЫХ МАСЕЛ
Г.А. МУРАТАЕВА, В.К. КОЗЛОВ Казанский государственный энергетический университет
В настоящей работе показана возможность применения спектроскопии ближней ИК-области для получения информации о состоянии трансформаторного масла.
Ключевые слова: ближняя ИК спектроскопия, трансформаторное масло, спектральный анализ.
Ближняя инфракрасная (БИК) спектроскопия является доступным способом, который может быть использован для определения эксплуатационной пригодности трансформаторного масла. Точная интерпретация результатов БИК спектроскопии позволяет получить достаточную информацию о состоянии трансформаторного масла. Полученная информация может быть использована для эффективного планирования расходов на обслуживание и замену отработавшего нормативный срок трансформаторного масла. Спектральную характеристику трансформаторного масла в БИК-области можно измерить с помощью относительно дешевого оборудования, не требующего квалифицированного персонала для проведения испытаний. Практическое применение описано в работе [1].
В силовых трансформаторах широко применяются жидкие изоляционные материалы. Наиболее распространенным жидким диэлектриком является трансформаторное масло (ТМ). ТМ представляет собой смесь углеводородов нафтенового, парафинового и ароматического строения [2].
Ароматические углеводороды оказывают существенное влияние на свойства трансформаторных масел. Кроме того, масло со значительным содержанием ароматических углеводородов отличается повышенной гигроскопичностью.
В представленной работе показана возможность применения информации о спектре трансформаторного масла, в видимом диапазоне, для оценки содержания ароматических углеводородов. Наиболее удобным, с точки зрения служб эксплуатации электрического оборудования, может служить метод добавок [3].
В соответствии с этим методом сначала измеряют оптическую плотность исследуемого трансформаторного масла с неизвестной концентрацией:
Бх = е • I • Сх,
затем в анализируемый образец трансформаторного масла добавляют известное количество стандартного раствора определяемого компонента (Сст) и измеряют оптическую плотность -х+ст :
-х+ст =8-1 (с х + Сст ^ (1)
откуда концентрацию искомого компонента определяют по формуле
С = С__х
^ х ^ ст
-х+ст —х
© Г.А. Муратаева, В.К. Козлов
Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Концентрацию анализируемого вещества в методе добавок можно найти также по графику в координатах -Ох+ст = / (сст). Уравнение (1) показывает, что находится в прямой зависимости от Сст .
Для определения концентрации ароматических углеводородов был подготовлен набор образцов на основе трансформаторного масла марки ГК ТУ 38.101.1025-85. В исследуемый набор образцов входило как свежее, так и находившееся в эксплуатации более 20 лет трансформаторное масло. В качестве разбавителя применялся бензол, который является ярким представителем ароматического ряда.
Измерения проводились на спектрофотометре СФ-56 в стандартной кварцевой кювете с длиной оптического пути 30 мм.
На рис. 1 показаны спектры поглощения ароматических углеводородов при добавлении 2 и 4 мл химически чистого бензола в исходный образец трансформаторного масла.
А о.е. 0,16 -1
0,14 -
790
840
890
940
990 Ь, нм
Рис.1. Спектры поглощения ароматических углеводородов при добавлении 2 и 4 мл разбавителя к исходной пробе трансформаторного масла
На рис. 2 представлена зависимость величины поглощения от концентрации ароматических углеводородов, полученная в результате обработки спектров исследуемого свежего трансформаторного масла. Количественное содержание ароматических углеводородов в исходном образце, найденное по градуировочному графику, составило 1,83%.
Из полученного результата следует, что общая тенденция процентного содержания ароматических углеводородов прослеживается для исследуемого свежего трансформаторного масла (например, для марки масла ГК, согласно [4], СА=1,6%).
Градуировочный график, полученный по результатам исследования спектров старого трансформаторного масла, имеет аналогичный характер и
описывается формулой Бх = 0,0017 • Сст — 5 • 10-5 с коэффициентом корреляции Я2 =0,99. Количественное содержание ароматических углеводородов в исходном образце старого масла, найденное по градуировочному графику, составило 1,09%.
© Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
Dx
0,035 -0,03 -0,025 -0,02 -0,015 -0,01 -0,005 0 0
Dx = 0,0018*C ст + 3E-05 R л2 = 0,99
10
15
20
Сет, %
Рис. 2. Градуировочный график, полученный добавлением к трансформаторному маслу бензола
Выводы
Таким образом, по спектрам и градуировочному графику можно отслеживать изменение ароматической составляющей трансформаторного масла в процессе эксплуатации маслонаполненного оборудования. Полученные описанным способом градуировочные графики применимы для определения концентрации ароматических углеводородов независимо от срока эксплуатации трансформаторного масла.
Применение спектральных методов в практике эксплуатации маслонаполненного оборудования - перспективное направление совершенствования методов эксплуатационного контроля трансформаторных масел.
Summary
In the present work shows the possibility of using spectroscopic near-IR to obtain information about the state of transformer oil.
Key words: NIR spectroscopy, transformer oil, spectral analysis.
Литература
1. Валиуллина Д.М., Козлов В.К., Муратаева Г.А. Определение антиокислительной присадки ионол в трансформаторном масле // Энергетика Татарстана. 2010. №2(18). С.55-58.
2. Липштейн Р.А., Шахнович М.И. Трансформаторное масло. М.: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.
3. Васильев В.П. Аналитическая химия. В 2 кн.: Кн.2: Физико-химические методы анализа: Учебн. для студ. вузов. 3-е изд.,стереотип. М.: Дрофа, 2003. 384 с.
4. Сборник распорядительных материалов по эксплуатации энергосистем. Электротехническая часть. Изд. 5-ое, перераб. и доп. Ч. 2, М.: СПО ОРГРЭС, 1992.
Поступила в редакцию
05 мая 2011 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 - ассистент кафедры «Электроэнергетические системы и сети» (ЭСиС) Казанского государственного энергетического университета (КГЭУ). Тел.: 8-903-3062137. E-mail: akbars1000@rambler.ru.
© Проблемы энергетики, 2011, № 7-8
5
