变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

电力变压器绝缘油的绝缘性能对变压器的运行至关重要。变压器油通常采用微水、色谱、介质 损耗因数等指标来衡量油的运行状态，其中微水是表征变压器油氧化情况的重要指标之一。油液中的水分来自于油本身的氧化、金属添加剂的催化、绝缘纸的老化及外界入侵等。研究表明，水分的溶解 度与油温相关，水在油中的3种形态也可以根据油温变化相互转化印。变压器油微水检测技术也是近年来 变压器安全运行中关注的方向之一，可分为取样法 和在线法两大类。其中，取样法主要有蒸馏法、色谱法、库仑法等；在线法主要有电容传感分析、微波传感分析、红外光谱分析和光纤传感器分析等在线监测方法。取样法测试精度较高，但一般需要定期取油，难以实时监测微水含量的变化，对操 作人员的试验能力也有一定要求。传统的库仑法还需要定期更换电解液(有毒)。相反，在线法这些年一直在稳步推进，未来有望完全代替离线法，特别是 测量油中微水的太赫兹(Tera Hertz，THz)(波长为30~3000^m)技术冈，但仍存在布置困难、成本高、稳定性等问题。
光本质上是电磁波，当作用到介质中小于光波波长的粒子上时，粒子中电子被迫振动，成为二次光源，发生散射。因此可观察到环绕颗粒向四周发 射的光，该现象被称为丁达尔现象。宏观上表现为 在强光源的传输路径上出现明显的光柱。
激光散射法已被用于检测胶体溶液的浓度，Roll等人得出光散射量与胶体光密度呈线性关系；Howard等人在波长191.5nm的光源下发现聚丙烯 酰胺的质量浓度在0〜10 mg/L范围内与吸光度具有良好的线性关系等。在油品光学检测领域，早在1986 年，石油工业已经发现可通过He-Ne激光器测量油的 散射光强来推导油中游离水(乳化水)的含量，但当时 受限于数字图像采集技术的瓶颈，只能利用指定的 散射角(轴向偏移5)光强增强衰减来反推油中水的含量。但由于早期激光器体积庞大、价格昂贵、能耗高，加上激光图像处理技术条件不成熟，导致在 微水方面测量一直未有进一步的突破，反而在测量 颗粒度测量方面突飞猛进。上海理工大学利用双激 光光路折射后的干涉现象来测量油中掺杂技术，并 将其应用于食品级的油品检测，也有文献指出可利用激光散射测量机油油品。上述国内研究针对 油中的固体杂质，其测量手段依然是利用激光光强 在指定位置的增加和衰减，属于一维的点测量，导 致检测重复性不佳。因此配合数字图像识别技术， 可在统一散射特征的条件下实现多维度量化来推导 不相溶的物质含量。该方法具有直观性强、非接触 和操作步骤简单等优点，目前已经在生物细胞分类识别、血液医疗成像、空间尘埃粒子计数等方面取 得广泛的应用。
本文在前述文献研究的基础上，采用了具有准直特征的可见激光作为光源，通过在无电场条件 下激发变压器油中的散射现象，研究了油中微水、 温度和颗粒物与激光散射强度之间的关系。根据光 柱亮度在油中的变化规律，阐述了油中微水对亮度的动态影响机制，提出了在无电场条件下利用激光 散射现象测量变压器油微水的方法，可用于变压器 油品微水含量的离线检测初筛，并为其在电场下分 析变压器油的散射特征以及状态变化规律奠定了基 础，为该技术的微水在线监测应用提供理论依据。
1光散射强度影响因素
1.1光散射强度机理
当光线射向变压器油时，尽管油属于混合物， 但属于复相系，在复相系中，水分在油中通常是游 离水、沉积水、溶解水的3种状态存在。根据液体相 平衡原理，3种物理相是连续的也可以相互改变，尺 寸结构分布也是连续的。其中始终会存在对于可见 光波长(440〜750nm)敏感的水胶体(1〜200nm)。其中 油为分散系，水胶体为分散系的近似球形颗粒印。图1表示的是均匀分散系中单个分散质球形颗粒的散射情况，光线/0沿z轴正方向射入，P点散射光线光 强为I，0为散射光线OP与入射光线Oz的散射角，W为光线振动面和散射面的夹角即偏向角。
根据米氏散射理论，可得P点散射光强I见式(1)。 其中是入射光波长，r是散射颗粒O到测量点P的距离。力和i2分别表示平行和垂直于散射面的强度分量函数，是由贝塞尔(Bessel)函数和勒让德(Legendre)函数组成的无穷级数。
式中：an、bn是关于相对折射率m和散射颗粒直径d的函数；7T“和T”是关于散射角6的函数。米氏 散射理论是散射规律中最一般的理论，可适用于所 有均匀球形的散射体。但式(2)求解需要进行多项级数的迭代运算，因此引入无粒径因次参量a = 7Td/A进行不同粒径颗粒物的模型简化。当a<1时，散射光强可简化为瑞利(Rayleigh)散射口。
1.2入射光波长对散射结果的影响
变压器油外观一般呈无色透明状，游离水在油 中水形成分散质的直径大小为10~200 nmD］,可见光的波长范围390~750nm。此时的无粒径因次参量ad［0.04,1.6］,说明变压器油中散射规律可归类为米氏散射或瑞利散射。
假设试验过程中始终从光线垂直方向对分散系进行观察，则散射角6为90°保持不变，同一分散 系的相对折射率m、颗粒直径d也不会发生变化。对比不同波长对散射光强的影响，可利用瑞利散射替代米氏散射进行近似计算。式(1)可以转化为式(3),为瑞利散射光强在空间中的分布情况。
通过式(3)可知，散射光强与入射波长的4次方成反比。入射光强不变时，对于蓝紫光(405nm)光源，颗粒散射光强度更高。传感器的光敏程度不变的情 况下，紫光可以观察到更多小粒径颗粒发出的散射。由于CMOS传感器的芯片存在像素饱和特点,若散射光强度过高，会导致图像上出现灰度饱和亮点，油槽设备也会反射部分激光，与原光路径重合后， 还原真实图像比较困难，如图2所示。图2为3种不 同波长激光平行油液面方向射入变压器油，从垂直 油液方向观察的散射现象对比。为了配合数字图像处理，蓝紫光不适合作为微水测量的光源，绿色激 光源也存在同样的问题。
相比之下，红光照射到同一散射颗粒时，虽然散射光强只有紫光照射下的0.15倍，但能够清晰地显现激光路径，并通过散射特征对微水、金属颗粒和纤维素进行区分。
1.3温度对光散射的影响
温度主要是通过相对折射率m和微水颗粒直径d来影响散射结果。水的折射率为1.33(20 ℃),油的折射率一般为1.46~1.48(20℃)。随着温度升高，水和 油的折射率出现下降。由式(3)可知，相对折射率对 散射强度的影响仅是常数级。通过计算，70℃同20℃相比，油的相对折射率仅下降约1%。而散射光强 与粒径尺寸的6次方呈正比，相对折射率引起的散射 光强变化可以忽略。
变压器油中的分散质会由于分子热运动出现不 规则碰撞。类比气体分子动力学理论式(4), 一定体积内的分子平均碰撞频率2同运动速度以分子数目n、分子有效直径d的平方呈正比。
因此，温度升高会导致液体分子的热运动程度加剧，提高小粒径分子的运动速度，导致油中小粒 径微水分子的碰撞频率增大，在表面张力作用下聚 合形成大粒径微水颗粒。但随着颗粒粒径进一步增大，油水界面层不稳定，微水颗粒碰撞后又重新裂解成小颗粒。因此温度升高后，微水颗粒粒径增大并达到新的聚合-裂解动态平衡，最终导致散射光强 的提高。
1.4小结
本章介绍了分散质粒子的散射光强计算方法，并基于米氏散射和瑞利散射公式，理论层面分析了入射光波长和温度对散射结果的影响，并得出红色(650nm)激光更适合作为本方法的散射激发光源。