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基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法

阅读：205发布：2020-05-14

专利汇可以提供基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法，包含以下步骤：步骤一：制备环氧树脂样品；步骤二：开展热失重试验；步骤三：计算活化能。使用本发明可以在热失重试验基础上，对干式绝缘设备绝缘材料活化能进行定量计算。另外，等转化率方法在计算干式绝缘材料化学反应活化能方面具有以下优点：1.该方法对化学反应所处阶段不敏感，特别是在化学反应初期，同样可以较为准确地计算活化能；2.可以排除不同试样质量差异的影响，计算准确度高。，下面是基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法，其特征是：包含以下步骤：
步骤一：制备环氧树脂样品；
步骤二：开展热失重试验，获得多组环氧树脂样本的热失重曲线TG以及曲线的一阶微分曲线DTG；
步骤三：计算活化能
活化能由化学反应的Arrhenius方程定义，如下式：
式(1)中，k表示化学反应速率；A称为指前因子与k具有相同的因次，可以认为高温时k的极限值；R为普适气体常数；T为绝对温度；Ea具有能量因次，即为化学反应的活化能；
在干式绝缘设备的热老化反应中存在如下假设：环氧树脂聚合物反应过程仅取决于转化率α和温度T，这两个参数是相互独立的，在不定温、非均相反应的动力学方程可以表示为以下形式：
式(2)中，t为时间，k(T)为速率常数的温度关系式，f(α)为反应机理函数，在线性升温时，通过温度与时间的转化，式(1)可以转化为：
β＝dT/dt为升温速率；
将式(1)代入式(3)可得非均相体系在非定温条件下常用动力学方程式，如式(5)；
在TG曲线图中选定一个α1，以它做水平线，这一水平线和曲线相交，交点为(α1，T11)(α1，T12)…，与它们对应的升温速率是β1、β2…，再选定一个α2重复上面的过程，就可得到另外一组数据(α2，T21)、(α2，T22)…，与它们对应的升温速率仍然是β1、β2…；
式(5)可变形为：
在α1～α2范围内，对于β1的曲线，对式(6)进行两边积分可得
对于β2的曲线，对式(6)进行两边积分可得
将上述两式相减可得：
对式(9)进行求解，即可求得干式绝缘设备活化能Ea。

说明书全文

基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法

技术领域

[0001] 本发明涉及变压器运维和试验技术领域，具体地说是一种基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法。

背景技术

[0002] 干式变压器、干式电抗器等干式绝缘设备是电力系统中重要的电气设备，承担着变换电压、分配与传输电能等电力任务，它的运行状态如何，直接影响到整个电网的安全稳定运行。干式变压器具有防火性能好、耐热和抗短路能力强、安全环保等优点，但是由于干式设备的主绝缘采用环氧树脂材料浇筑成型，其绝缘性能、绝缘老化程度和剩余寿命难以检测和评估，目前针对干式绝缘设备绝缘监测的局部放电和介电性能等宏观电气参量检测方法效果不佳。

[0003] 活化能作为能够衡量化学反应难易程度的参量，在化学反应中具有重要的意义。准确获取干式绝缘设备活化能，就可以从绝缘材料的本质上检测干式绝缘设备老化程度。
经检索，目前尚无可以应用于干式绝缘设备的活化能获取方法。本专利提出了一种基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法，从而实现活化能的准确测取，为干式绝缘设备老化状态评估奠定了基础。

发明内容

[0004] 为了满足上述现有技术中对干式绝缘设备活化能的获取需求，本发明的目的在于提供一种基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法。

[0005] 为实现本发明的目的，本发明提供了一种基于等转化率法的干式绝缘设备活化能获取方法，包含以下步骤：

[0006] 步骤一：制备环氧树脂样品；

[0007] 步骤二：开展热失重试验，获得多组环氧树脂样本的热失重曲线TG以及曲线的一阶微分曲线DTG；

[0008] 步骤三：计算活化能

[0009] 活化能由化学反应的Arrhenius方程定义，如下式：

[0010]

[0011] 式(1)中，k表示化学反应速率；A称为指前因子与k具有相同的因次，可以认为高温时k的极限值；R为普适气体常数；T为绝对温度；Ea具有能量因次，即为化学反应的活化能；

[0012] 在干式绝缘设备的热老化反应中存在如下假设：环氧树脂聚合物反应过程仅取决于转化率α和温度T，这两个参数是相互独立的，在不定温、非均相反应的动力学方程可以表示为以下形式：

[0013]

[0014] 式(2)中，t为时间，k(T)为速率常数的温度关系式，f(α)为反应机理函数，在线性升温时，通过温度与时间的转化，式(1)可以转化为：

[0015]

[0016]

[0017] β＝dT/dt为升温速率；

[0018] 将式(1)代入式(3)可得非均相体系在非定温条件下常用动力学方程式，如式(5)；

[0019]

[0020] 在TG曲线图中选定一个α1，以它做水平线，这一水平线和曲线相交，交点为(α1，T11)(α1，T12)…，与它们对应的升温速率是β1、β2…，再选定一个α2重复上面的过程，就可得到另外一组数据(α2，T21)、(α2，T22)…，与它们对应的升温速率仍然是β1、β2…；

[0021] 式(5)可变形为：

[0022]

[0023] 在α1～α2范围内，对于β1的曲线，对式(6)进行两边积分可得

[0024]

[0025] 对于β2的曲线，对式(6)进行两边积分可得

[0026]

[0027] 将上述两式相减可得：

[0028]

[0029] 对式(9)进行求解，即可求得干式绝缘设备活化能Ea。

[0030] 与现有技术相比，本发明的有益效果为，

[0031] 使用本发明可以在热失重试验基础上，对干式绝缘设备绝缘材料活化能进行定量计算。

[0032] 另外，等转化率方法在计算干式绝缘材料化学反应活化能方面具有以下优点：

[0033] 1.该方法对化学反应所处阶段不敏感，特别是在化学反应初期，同样可以较为准确地计算活化能；

[0034] 2.可以排除不同试样质量差异的影响，计算准确度高。附图说明

[0035] 图1所示为本申请的环氧树脂样品示意图；

[0036] 图2所示为本申请TG曲线图；

[0037] 图3所示为本申请DTG曲线图。

具体实施方式

[0038] 以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0039] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

[0040] 实施例

[0041] 本实施例一种基于等转化率的干式绝缘设备活化能获取方法，主要包含以下步骤：

[0042] 步骤一：制备环氧树脂样品

[0043] 对干式绝缘设备同批次、同工艺浇筑和固化的环氧树脂绝缘材料进行打孔切片，制备多个环氧树脂切片，形成热失重试验用样品组。典型的样品如图1所示。

[0044] 步骤二：开展热失重试验

[0045] 利用同步热分析联用仪，在高纯氮气气氛中对被试样品加热，分别设置5K/min、10K/min、15K/min、20K/min、25K/min的升温速率，升高炉中温度至800℃，用计算机记录样品质量随温度的变化数据，获得多组环氧树脂样本的热失重曲线TG以及曲线的一阶微分曲线DTG。典型的TG曲线和DTG曲线如图2、图3所示。

[0046] 步骤三：计算活化能

[0047] 活化能可以由化学反应的Arrhenius方程定义，如下式：

[0048]

[0049] 式(1)中，k表示化学反应速率；A称为指前因子(或被称为频率因子)，与k具有相同的因次，可以认为高温时k的极限值；R为普适气体常数；T为绝对温度；Ea具有能量因次，即为化学反应的活化能。

[0050] 在干式绝缘设备的热老化反应中存在如下假设：环氧树脂聚合物反应过程仅取决于转化率α和温度T，这两个参数是相互独立的，在不定温、非均相反应的动力学方程可以表示为以下形式：

[0051]

[0052] 式(2)中，t为时间，k(T)为速率常数的温度关系式，f(α)为反应机理函数。在线性升温时，通过温度与时间的转化，式(1)可以转化为

[0053]

[0054]

[0055] β＝dT/dt为升温速率，在大多数试验中，升温速率是个定值。

[0056] 将式(1)代入式(3)可得非均相体系在非定温条件下常用动力学方程式，如式(5)：

[0057]

[0058] 在TG曲线图2中选定一个α1，以它做水平线，这一水平线和曲线相交，交点为(α1，T11)(α1，T12)…，与它们对应的升温速率是β1、β2…；再选定一个α2重复上面的过程，就可得到另外一组数据(α2，T21)、(α2，T22)…，与它们对应的升温速率仍然是β1、β2…；

[0059] 式(5)可变形为：

[0060]

[0061] 在α1～α2范围内，对于β1的曲线，对式(6)进行两边积分可得

[0062]

[0063] 对于β2的曲线，对式(6)进行两边积分可得

[0064]

[0065] 将上述两式相减可得：

[0066]

[0067] 对式(9)进行求解，即可求得干式绝缘设备活化能Ea。

[0068] 在干式绝缘设备绝缘材料热失重试验中，可能会存在不同的化学反应阶段，因此每阶段的反映速率不同，在DTG曲线图3上会出现不同的波谷。上述基于等转化率法的活化能获取方法中，α1作为计算区段的起点，决定了计算得到的活化能是哪个阶段的绝缘材料的活化能。例如，α1和α2的选取可以跨越热失重试验的整个过程，此时得到的Ea是全新的环氧树脂绝缘材料的活化能；α1和α2的选取可以仅在第二波谷附近选取，此时得到的Ea是运行过一段时间、经过二次固化的干式绝缘设备正常运行中存在一定老化的状态下的活化能。

[0069] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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