一种变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法

摘要

本发明公开了一种变压器油中铁赋存形态提取及其测定方法，属于油浸式电力变压器中变压器油检测技术领域，该方法利用去离子水对油样中自由离子态铁进行萃取，通过硝酸对萃取后的油样进行提取，得到无机络合态铁；利用乙腈萃取有机络合态铁，油样中剩余的为残渣态铁。本发明方法基于连续提取技术，将铁赋存形态分为自由离子态、无机络合态、有机络合态、残渣态，对于评估变压器油电气及化学性能具有重要意义；通过对变压器油中铁赋存形态分析，为变压器油中铁含量作为变压器故障诊断的信息载体提供理论依据；本发明方法具有操作简单、成本低、无二次污染等优点。

说明书

技术领域

本发明属于油浸式电力变压器中变压器油检测技术领域，具体涉及一种变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法。

背景技术

电力变压器作为电网的枢纽设备之一，其稳定运行直接关系到电力系统的供电可靠性。变压器油作为变压器绝缘、冷却、灭弧和信息载体的功能，其性能的优劣直接关系到变压器的安全稳定运行。油浸式电力变压器内部的铁质材料，当出现过热或放电等异常运行时，将引发铁腐蚀、熔损加剧。密切关注变压器油中微量铁含量，将有助于监视或准确地判断变压器潜伏隐患与故障部位，对于变压器安全稳定运行具有重要意义。

近年来，变压器油中的铁含量及其赋存形态问题备受关注。变压器油中固有的极性物质和氧化初期产生的自由基攻击铁材料表面，并形成铁不同的赋存形态，如自由离子态、无机络合态、有机络合态、残渣态等，不同铁的赋存形态在油品中将建立较为稳定的动态平衡，如油品中过氧化物大量存在时，将与自由离子态作用生成稳定的有机络合态，反应过程中生成的酸性物质将加速无机态铁向自由离子态转化。

目前，检测变压器油中铁含量的方法有火焰原子吸收光谱法(FAAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)、激光诱导击穿光谱法(LIBS)、电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)等，上述检测手段具有灵敏度高、线性范围宽、检出限低等优势，然而由于预处理方法的限制，仅能提供油品中总铁含量的信息，缺乏不同铁赋存形态的含量及变化趋势的分析结果。监测变压器油中铁含量及其赋存形态，不仅能准确反映变压器油的使用性能，而且可以了解变压器的运行状态，这对于实施有效的电力变压器故障诊断技术具有重要的现实意义。

发明内容

为解决现有存在的技术问题，本发明的目的是提供一种变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法，通过分级连续提取手段，实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定，用于完善现有变压器油中铁检测技术的不足，以期为变压器油中铁含量作为变压器故障诊断的信息载体提供理论依据。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法，其特征在于，该方法包括如下步骤，且以下步骤顺序进行：

步骤1：取20mL油样置于50mL容量瓶中，加入10mL～20mL去离子水，并将容量瓶置于50℃的摇床以300r/min震荡3h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样A；

步骤2：取步骤1中上层油样10mL置于20mL容量瓶中，加入硝酸溶液6mL～10mL，将容量瓶置于80℃的摇床以200r/min震荡1h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样B；

步骤3：取步骤2中上层油样5mL置于10mL容量瓶中，加入AR级乙腈3mL～5mL，将容量瓶置于60℃的摇床以200r/min震荡2h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样C；

步骤4：取步骤1中的原油样进行总铁含量测定，得到总铁含量，自由离子态铁含量为总铁含量与待测样A铁含量差值，无机络合态铁含量为待测样A铁含量与待测样B铁含量差值，有机络合态铁含量为待测样B铁含量与待测样C铁含量差值，残渣态铁含量为总铁含量与自由离子态铁含量、无机络合态铁含量以及有机络合态铁含量三者之和的差值，从而实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定。

进一步，所述硝酸溶液的质量浓度为20％～40％。

进一步，所述铁含量、待测样A铁含量、待测样B铁含量及待测样C铁含量的测定过程如下：将油样、待测样A、待测样B与待测样C分别采用微波消解法进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法进行铁含量测定，分别得到总铁含量、待测样A铁含量、待测样B铁含量、待测样C铁含量。

通过上述设计方案，本发明可以带来如下有益效果：

1、基于连续提取技术，将铁赋存形态分为自由离子态、无机络合态、有机络合态、残渣态，对于评估变压器油电气及化学性能具有重要意义。

2、通过对变压器油中铁赋存形态分析，为变压器油中铁含量作为变压器故障诊断的信息载体提供理论依据。

3、本发明方法具有操作简单、成本低、无二次污染等优点。

附图说明

此处的附图说明用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明申请的一部分，本发明示意性实施例及其说明用于理解本发明，并不构成本发明的不当限定，在附图中：

图1为本发明中变压器油连续提取的流程图。

具体实施方式

请参阅图1，本发明提出了一种变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法，通过分级连续提取技术，将铁赋存形态分为自由离子态、无机络合态、有机络合态、残渣态，实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定，具体该方法包括如下步骤：

步骤1：取20mL油样置于50mL容量瓶中，加入10mL～20mL去离子水，并将容量瓶置于50℃的摇床以300r/min震荡3h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样A，本步骤利用去离子水对油样中自由离子态铁进行萃取；

步骤2：取步骤1中上层油样10mL置于20mL容量瓶中，加入质量浓度为20％～40％的硝酸溶液6mL～10mL，将容量瓶置于80℃的摇床以200r/min震荡1h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样B；

步骤3：取步骤2中上层油样5mL置于10mL容量瓶中，加入AR级乙腈3mL～5mL，将容量瓶置于60℃的摇床以200r/min震荡2h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样C；

步骤4：取步骤1中的原油样进行总铁含量测定，得到总铁含量，自由离子态铁含量为总铁含量与待测样A铁含量差值，无机络合态铁含量为待测样A铁含量与待测样B铁含量差值，有机络合态铁含量为待测样B铁含量与待测样C铁含量差值，残渣态铁含量为总铁含量与自由离子态铁含量、无机络合态铁含量以及有机络合态铁含量三者之和的差值，从而实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定。

其中：总铁含量的测定过程如下：将油样采用微波消解法进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，得到总铁含量；

同理采用微波消解法分别对待测样A、待测样B与待测样C进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，从而得到待测样A铁含量、待测样B铁含量、待测样C铁含量。

基于事故变压器中铁赋存形态及含量，本发明采用连续提取方法进行铁不同赋存形态的提取，通过控制各级萃取剂与油样比、萃取及分离条件，实现铁的不同赋存形态的完全萃取，以萃取自由离子态铁为例，通过控制油水比为1:(0.5～1)，以50℃恒温300r/min震荡3h，并于5000r/min下离心分离10min，油样中自由态铁离子可完全进入萃取相去离子水中。

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面通过具体实施例对本发明进行详细阐述。需要说明的是下述实施例是叙述性的，而不是限定性的，不以此实施例限定本发明所要求的保护范围。实施例中使用的原料均为市购产品。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程并没有详细叙述。

实施例1

本实施例中变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法包括如下步骤：

步骤1：取20mL油样置于50mL容量瓶中，加入10mL去离子水，并将容量瓶置于50℃的摇床以300r/min震荡3h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样A；

步骤2：取步骤1中上层油样10mL置于20mL容量瓶中，加入质量浓度为40％的硝酸溶液6mL，将容量瓶置于80℃的摇床以200r/min震荡1h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样B；

步骤3：取步骤2中上层油样5mL置于10mL容量瓶中，加入AR级乙腈3mL，将容量瓶置于60℃的摇床以200r/min震荡2h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样C；

步骤4：取步骤1中的原油样进行总铁含量测定，得到总铁含量，自由离子态铁含量为总铁含量与待测样A铁含量差值，无机络合态铁含量为待测样A铁含量与待测样B铁含量差值，有机络合态铁含量为待测样B铁含量与待测样C铁含量差值，残渣态铁含量为总铁含量与自由离子态铁含量、无机络合态铁含量以及有机络合态铁含量三者之和的差值，其中：总铁含量的测定过程如下：将油样采用微波消解法进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，得到总铁含量；同理采用微波消解法分别对待测样A、待测样B与待测样C进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，从而得到待测样A铁含量、待测样B铁含量、待测样C铁含量，从而实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定。

实施例2

本实施例中变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法包括如下步骤：

步骤1：取20mL油样置于50mL容量瓶中，加入15mL去离子水，并将容量瓶置于50℃的摇床以300r/min震荡3h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样A；

步骤2：取步骤1中上层油样10mL置于20mL容量瓶中，加入质量浓度为30％的硝酸溶液8mL，将容量瓶置于80℃的摇床以200r/min震荡1h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样B；

步骤3：取步骤2中上层油样5mL置于10mL容量瓶中，加入AR级乙腈4mL，将容量瓶置于60℃的摇床以200r/min震荡2h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样C；

步骤4：取步骤1中的原油样进行总铁含量测定，得到总铁含量，自由离子态铁含量为总铁含量与待测样A铁含量差值，无机络合态铁含量为待测样A铁含量与待测样B铁含量差值，有机络合态铁含量为待测样B铁含量与待测样C铁含量差值，残渣态铁含量为总铁含量与自由离子态铁含量、无机络合态铁含量以及有机络合态铁含量三者之和的差值，其中：总铁含量的测定过程如下：将油样采用微波消解法进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，得到总铁含量；同理采用微波消解法分别对待测样A、待测样B与待测样C进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，从而得到待测样A铁含量、待测样B铁含量、待测样C铁含量，从而实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定。

实施例3

本实施例中变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法包括如下步骤：

步骤1：取20mL油样置于50mL容量瓶中，加入20mL去离子水，并将容量瓶置于50℃的摇床以300r/min震荡3h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样A；

步骤2：取步骤1中上层油样10mL置于20mL容量瓶中，加入质量浓度为20％的硝酸溶液10mL，将容量瓶置于80℃的摇床以200r/min震荡1h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样B；

步骤3：取步骤2中上层油样5mL置于10mL容量瓶中，加入AR级乙腈5mL，将容量瓶置于60℃的摇床以200r/min震荡2h；取震荡后的样品于5000r/min转速下离心10min，取上层油样为待测样C；

步骤4：取步骤1中的原油样进行总铁含量测定，得到总铁含量，自由离子态铁含量为总铁含量与待测样A铁含量差值，无机络合态铁含量为待测样A铁含量与待测样B铁含量差值，有机络合态铁含量为待测样B铁含量与待测样C铁含量差值，残渣态铁含量为总铁含量与自由离子态铁含量、无机络合态铁含量以及有机络合态铁含量三者之和的差值，其中：总铁含量的测定过程如下：将油样采用微波消解法进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，得到总铁含量；同理采用微波消解法分别对待测样A、待测样B与待测样C进行预处理，处理后的样品利用电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)进行铁含量测定，从而得到待测样A铁含量、待测样B铁含量、待测样C铁含量，从而实现变压器油中不同铁赋存形态的定量测定。

综上，本发明提供的变压器油中铁赋存形态提取及其含量测定方法，利用去离子水对油样中自由离子态铁进行萃取，通过硝酸对萃取后的油样进行提取，得到无机络合态铁；利用乙腈萃取有机络合态铁，油样中剩余的为残渣态铁。本发明方法基于连续提取技术，将铁赋存形态分为自由离子态、无机络合态、有机络合态、残渣态，对于评估变压器油电气及化学性能具有重要意义；通过对变压器油中铁赋存形态分析，为变压器油中铁含量作为变压器故障诊断的信息载体提供理论依据；本发明方法具有操作简单、成本低、无二次污染等优点。