[发明专利]倒置式电流互感器绝缘油中气体变化的分析及计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及倒置式电流互感器绝缘油中气体产生和变化的研究，具体地说是一种基于化学原理的倒置式电流互感器绝缘油中氢气与乙炔变化的分析与计算方法。 

背景技术

包括倒置式电流互感器在内的互感器作为按比例变换电压或电流的设备，广泛应用于电力系统之中。它可以隔离一次侧高电压，保护二次侧仪表和操作人员安全，也能将大电流变换成小电流，从而扩大仪表的测量范围，提高测量的准确性。而倒置式电流互感器中需要加入矿物绝缘油，通过浸渍和填充的方式消除设备内绝缘中的气隙，可以起到绝缘、散热冷却和熄灭电弧的作用。 

由于倒置式电流互感器这类充油电气设备内的油、纸绝缘材料在热和电的作用下会逐渐老化与分解，产生少量的各种低分子烃类、二氧化碳和一氧化碳等气体。因此，我国于20世纪60年代开始对绝缘油中溶解气体进行分析研究，通过油中溶解气体的类别和含量来对变压器、倒置式电流互感器等设备进行潜伏性故障的判断。在这些研究的基础上，国家颁布了GB/T7252-2001《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（以下简称《导则》）对变压器、倒置式电流互感器的设备的故障诊断进行指导。 

20多年来，油中溶解气体分析技术得到广泛的应用，对保证电力系统安全可靠的运行起到很大作用。但是，随着金属膨胀器在倒置式电流互感器中的应用，近年来出现了倒置式电流互感器油中氢含量偏高的现象。《导则》中对倒置式电流互感器油中溶解氢的注意值定为150ppm，但很多设备在投入运行一、两年内就出现了氢气超标，而其他特征气体的含量均在正常范围内，对设备的绝缘状况进行检查也未发现异常。 

这种单氢超标的异常对评判倒置式电流互感器的安全状况造成了困扰。目前很多研究者关注到了这一现象，他们认为造成这种状况有以下的几种可能原因：(1)水分的电解及与铁的化学反应；(2)烷烃的裂化反应；(3)环已烷的脱氢反应。但是以上的解释大多是基于客观事实的猜测，缺乏严谨周密的理论分析、依据和实验验证。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于化学原理的倒置式电流互感器绝缘油中氢气与乙炔变化的分析与计算，其总结倒置式电流互感器绝 缘油中氢气和乙炔产生的机理和变化规律，对进一步优化倒置式电流互感器的运行和检修方式提供指导，更好地维护电力系统的稳定运行。 

为此，本发明采用如下的技术方案：倒置式电流互感器绝缘油中气体变化的分析及计算方法，其特征在于，它包括以下各部分： 

a)建立热解反应自由基模型，计算反应速率，反应速率的计算公式如下： 

k（T）=A×(T/298)^m×e^-Ea/RT， 

公式中，参数A、m、Ea用CBS-QB3法和MPW1B95/6-311+G(2d,2p)法在Gaussian软件程序上进行计算并结合过渡态理论得到，T表示温度，R为气体常数； 

根据上述建立的模型，并对其进行分析和计算得到： 

1)在1800K以下时，绝缘油无法热解产生氢气； 

2)在800K以下时，倒置式电流互感器体系中不产生氢气； 

3)较高的温度有利于氢气和乙烯的产生，较低的温度有利于乙烷的产生，甲烷的含量较稳定，800K以下时没有氢气产生，1800K以下时没有乙炔产生。 

b)镍催化反应的分析； 

在倒置式电流互感器体系里，镍存在于金属膨胀器中，含量为8~11%。膨胀器的成分为不锈钢06Cr19Ni10，这种奥氏体钢合金，主体为γ铁的面心立方晶格，间隙之间填充中少量的碳原子，Ni和Cr作为改性成分，随机的替换掉晶格中的部分铁原子。由这种构造可知，不锈钢合金中虽然含有镍元素，但是并不存在单纯的Ni金属，即不存在具有催化活性的Ni（1,1,1）晶面。另外，不锈钢表面形成的致密铬氧化膜也会阻碍不锈钢合金和反应物的接触，因此不锈钢合金是不具有催化效果的。 

c)倒置式电流互感器氢气超标的诊断： 

针对不同情况的反应特征，结合实际检测结果按照如下的标准对氢气超标异常进行诊断： 

1)若倒置式电流互感器中只有氢气超标，则造成异常的原因为倒置式电流互感器体系受潮； 

2)若倒置式电流互感器中氢气和总烃同时超标： 

i.当烃类特征气体中有甲烷、乙烷、乙烯，且氢气的含量为总烃含量的1/4左右时，造成异常的原因为倒置式电流互感器局部过热；