用于检测变压器油中抗氧化剂含量的检测箱的制作方法

1.本发明属于化学检测技术领域，具体地，涉及一种用于检测变压器油中抗氧化剂含量的便携化一体式检测箱。


背景技术：

2.在电网系统中，变压器作为电能转换的核心设备，其安全可靠运行对电能传输、配送具有重要意义。变压器绝缘油作为油浸式变压器中的绝缘材料之一，主要起到绝缘、冷却散热和熄灭电弧的作用。同时变压器油还可以作为信息载体，通过检测其中某些电气性能指标或标志物含量就可以反映出整个变压器的运行状况，建立变压器油的理化特征值与运行时间的关系还可以预测变压器运行寿命，因此定期对变压器油进行分析检测对变压器设备的运行维护是至关重要的。变压器油在出厂时一般都会添加抗氧化剂t501(2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚)以提高变压器油的氧化安定性，但随着运行时间的延长，抗氧化剂t501会不断消耗，gb/t 14542-2017《变压器油维护管理导则》中规定，当新油中抗氧化剂t501的含量(质量分数)为0.08％～0.40％时，运行油中的含量应不低于新油原始值的60％。因此，通过定量检测抗氧化剂t501含量，可以准确地判断变压器油的老化情况，从而对老化的变压器油进行及时的处理，保证变电站稳定安全运行，防止事故发生，为人们的正常生活提供稳定供电保障。
3.随着国内外的研究发展，目前测定变压器油中抗氧化剂t501含量常用的方法主要有分光光度法、比色法、红外光谱法、液相色谱法等。但是，这些传统的检测方法或多或少都存在不同的缺陷。例如分光光度法：对于变压器油而言，生成的钼蓝溶液是呈比较浑浊的状态，因此用分光光度计测定时分辨不清，结果不准确，误差大；而且以该方法检测抗氧化剂t501含量，耗费时间长，比较繁琐。又如液相色谱、红外光谱等：检测相对准确，但仪器设备非常昂贵，尤其是前处理非常复杂，分析测试周期长。于是，研发一种成本低廉、操作简单、测试迅速的变压器油中抗氧化剂t501含量的分析测试装置是十分有意义的。电化学方法由于使用样少、简便快捷、重复性好、灵敏度高和受外界干扰因素少，可以实时在线分析等优点，近几年在抗氧化剂t501含量的测定中凸显其优越性。cn103760215a公开了一种利用塔菲尔图检测变压器油中抗氧化剂含量的方法，该方法是将变压器油超声溶解于特定的支持电解质中，以石墨电极为工作电极，利用电化学工作站采用塔菲尔图对变压器油中的抗氧化剂t501含量进行测定，在抗氧化剂t501特征峰的峰电流与其在变压器油中浓度成正比关系的基础上，建立起了利用塔菲尔图检测变压器油中抗氧化剂t501抗氧化剂含量的方法。与现有技术相比，本发明较传统方法成本低廉，但是受限于仪器大小和操作的复杂性，不适用于现场实时检测。cn104597101a采用线性扫描伏安法测定润滑油中抗氧剂含量。结果表明酚类和胺类抗氧剂在含有十二烷基磺酸钠、乙醇和硫酸的电解质溶液中都出现了特征伏安峰，并且抗氧剂的特征伏安峰高与抗氧剂浓度显示出正相关趋势，表明采用线性扫描伏安法测定润滑油中抗氧剂含量是可行的。但该方法电解质体系复杂，操作繁琐，不利于大批量样品快速测试。
4.综合上述，虽然变压器油中抗氧化剂t501含量的检测方法已经有了明显的改进，但是传统检测方法受限于仪器成本和操作的复杂性，检测效率低下，不适用于大批样品的检测。而且现有的电化学测试装置仍停留在实验室阶段，仪器体积较大，装置多不利于携带，不适用于现场实时检测。


技术实现要素：

5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种用于检测变压器油中抗氧化剂含量的便携化一体式检测箱。该便携化一体式检测箱将所有的测试装置都一体化布置在其中，对比传统的检测变压器油中t501含量的装置，具有体积小、方便携带、操作简单的特点，十分适用于现场变压器油样测试。
6.本发明提供的用于检测变压器油中抗氧化剂含量的便携化一体式检测箱包括：
7.电解池，用于承装待测溶液；
8.电极装置，包括工作电极、辅助电极和参比电极；
9.电化学工作站，与所述电极装置相连，用于施加和反馈电信号；
10.控制器，对所述待测溶液进行差分脉冲伏安法测试，获取所述待测溶液的峰电流值，及将所述峰电流值代入预设线性回归方程，获取所述待测溶液中抗氧化剂的质量分数。
11.在本发明的一些实施例中，该检测箱还包括：
12.磁力搅拌器，用于制备所述待测溶液；
13.其中，所述磁力搅拌器与所述控制器相连。
14.在本发明的一些实施例中，所述工作电极为玻碳电极或石墨电极，所述辅助电极为铂电极，所述参比电极为饱和甘汞电极。
15.在本发明的一些实施例中，所述待测溶液为待测变压器油样溶解于koh-无水乙醇电解质溶液中制得。
16.在本发明的一些实施例中，所述koh-无水乙醇电解质溶液中koh的浓度为0.12～0.2mol/l。
17.在本发明的一些实施例中，所述预设线性回归方程为：ip＝31.9109c 0.64102；其中，ip表示所述待测溶液的峰电流值，c表示所述待测溶液中抗氧化剂的质量分数。
18.在本发明的一些实施例中，所述控制器还用于获取所述预设线性回归方程。
19.在本发明的一些实施例中，获取所述预设线性回归方程包括：
20.分别对含有质量分数为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％的抗氧化剂的标准变压器油样进行差分脉冲伏安法测试，获取所述标准变压器油样的峰电流值；
21.根据所述标准变压器油样的抗氧化剂的质量分数和峰电流值得到标准曲线和所述线性回归方程。
22.在本发明的一些实施例中，该检测箱还包括数据线，所述控制器通过所述数据线分别于所述电化学工作站和所述磁力搅拌器相连。
23.在本发明的一些实施例中，该检测箱还包括箱体，用于承载和支撑所述电解池、所述电极装置、所述电化学工作站和所述控制器，所述箱体的长度为380～420mm，宽度为340～360mm，高度为55～65mm。
24.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
25.图1为本发明一实施例提供的用于检测变压器油中抗氧化剂含量的便携化一体式检测箱箱体内部的结构示意图，其中，(a)为立体图，(b)为俯视图。
26.图2为本发明一实施例中采用图1所示的便携化一体式检测箱检测抗氧化剂的质量分数为0.05％～0.5％的标准油样的差分脉冲伏安图。
27.图3为图2实施例得到的标准油样的线性关系图。
28.图4为本发明一实施例中采用图1所示的便携化一体式检测箱检测检测国内某品牌45#变压器油所得的差分脉冲伏安图。
具体实施方式
29.以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。
30.特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
31.图1示出了本发明一实施例提供的用于检测变压器油中抗氧化剂含量的便携化一体式检测箱的箱体100。
32.该便携化一体式检测箱的箱体100包括电解池101和用于分别容纳电极装置、电极线、电化学工作站、电子设备和磁力搅拌器的电极容纳槽102、电极线容纳槽103、电化学工作站容纳槽104、电子设备容纳槽105和磁力搅拌器容纳槽106。
33.需要特别说明的是，本技术中，电解池也可以是可拆卸地，此时箱体上还包括用于容纳电解池的电解池容纳槽。
34.图1(b)中的虚线代表数据线，这是数据线是预设在箱体100内的。当电极装置、电极线、电化学工作站、电子设备和磁力搅拌器分别装入电极容纳槽102、电极线容纳槽103、电化学工作站容纳槽104、电子设备容纳槽105和磁力搅拌器容纳槽106后，电化学工作站即可通过电极线与电极相连，电子设备与电化学工作站相连。
35.本发明的电极装置为三电极体系，包括工作电极、辅助电极和参比电极。其中，工作电极可为玻碳电极或石墨电极，辅助电极可为铂电极，参比电极可为饱和甘汞电极。工作电极的直径优选为6mm。
36.本发明的电化学工作站是差分脉冲伏安测试的平台，用于施加和反馈电信号。
37.电子设备包括电池和控制器。其中，电池用于为控制器提供电源。本发明中，电池还用于为电化学工作站和磁力搅拌器提供电源。控制器用于：对待测溶液进行差分脉冲伏安法测试，获取待测溶液的峰电流值；及将峰电流值代入预设线性回归方程，获取待测溶液中抗氧化剂的质量分数。
38.本发明的预设线性回归为ip＝31.9109c 0.64102；其中，ip表示待测溶液的峰电
流值，c表示待测溶液中抗氧化剂的质量分数。
39.该线性预设回归方程可通过该便携化一体式检测箱获得，此时，控制器还用于获取预设线性回归方程。
40.具体地，获取预设线性回归方程的步骤为：
41.分别对含有质量分数为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％的抗氧化剂的标准变压器油样进行差分脉冲伏安法测试，获取这些标准变压器油样的峰电流值；
42.根据这些标准变压器油样的抗氧化剂的质量分数和峰电流值得到标准曲线和所述线性回归方程。
43.还可通过该电子设备对电化学工作站的参数进行设置。可选地，该电子设备可以包括显示屏，用于显示电化学工作及电子设备自身的工作结果。
44.磁力搅拌器在制备待测溶液时使用。本发明中所述的待测溶液，是指将一定量的变压器油溶于支持电解质中形成的。本发明采用磁力搅拌器协助变压器油的溶解。
45.本发明的支持电解质采用koh-无水乙醇电解质。是koh溶于无水乙醇中制得的。其中，koh-无水乙醇电解质溶液中koh的浓度为0.12～0.2mol/l。
46.图1所示的便携化一体式检测箱的长度为400mm，宽度为350mm，高度为60mm。本发明优选的便携化一体式检测箱的长度380～420mm，宽度为340～360mm，高度为55～65mm。
47.本发明提供的便携化一体式检测箱将所有的测试装置都一体化布置在其中，对比传统的检测变压器油中t501含量的装置，具有体积小、方便携带、操作简单的特点，十分适用于现场变压器油样测试。
48.下面参考具体实施例，对采用本发明便携化一体式检测箱检测变压器油中抗氧化剂含量的具体过程说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。下述实施例所用的检测方法均为本行业常规的检测方法。除特别指出，本发明提供的技术方案中所用试剂、仪器均可由常规渠道或市场购得。
49.实施例1
50.本实施例采用图1所示的便携化一体式检测箱获取预设线性回归方程。其中，工作电极为玻碳电极。具体过程如下：
51.(1)工作电极的预处理：
52.采用0.3μm氧化铝抛光粉打磨玻碳电极4min，然后依次用去离子水冲洗和无水乙醇擦拭电极表面，自然晾干。
53.(2)标准溶液的制备：
54.准备含有质量分数为0.05％、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％、0.5％的抗氧化剂t501的标准变压器油样；
55.分别取1.5ml上述标准变压器油样加入50ml、0.15mol/l koh-无水乙醇电解质溶液中，磁力搅拌5min以上至标准变压器油完全溶解。
56.(3)标准曲线的绘制：
57.将三电极体系插入标准溶液中，选择差分脉冲伏安法(dpv)，参数设置为初始电位0.15v，终止电位-0.35v，电位增量0.008v，振幅0.05v，脉冲宽度0.2v，静置时间2s，脉冲周期0.5s，采样宽度0.001s，灵敏度0.001a/v，测试完毕，获得峰电位ep(v)和峰电流值ip(μa)
(结果请见图2)；
58.根据标准变压器油样的抗氧化剂的质量分数(c)和峰电流值(ip)得到标准曲线(请见图3)和线性回归方程：ip＝31.9109c 0.64102。
59.实施例2
60.本实施例采用图1所示的便携化一体式检测箱检测国内某品牌45#变压器油中抗氧化剂t501的质量分数。其中，工作电极为玻碳电极，且实施例1获得的线性回归方程已存储在该便携化一体式检测箱的存储器中。具体过程如下：
61.(1)工作电极的预处理：
62.采用0.3μm氧化铝抛光粉打磨玻碳电极4min，然后依次用去离子水冲洗和无水乙醇擦拭电极表面，自然晾干。
63.(2)待测溶液的制备：
64.取1.5ml待测变压器油样加入50ml、0.15mol/l koh-无水乙醇电解质溶液中，磁力搅拌5min以上至该待测变压器油样完全溶解。
65.(3)标准曲线的绘制：
66.将三电极体系插入待测溶液中，选择差分脉冲伏安法(dpv)，参数设置为初始电位0.15v，终止电位-0.35v，电位增量0.008v，振幅0.05v，脉冲宽度0.2v，静置时间2s，脉冲周期0.5s，采样宽度0.001s，灵敏度0.001a/v，测试完毕，获得峰电位ep(v)和峰电流值ip(μa)(结果请见图4)；
67.将峰电流值代入预设的线性回归方程，获取待测溶液中抗氧化剂的质量分数为0.276％。
68.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。