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摘要：本文针对在河南电力公司范围内所取97份高压断路器液压系统油样，采用颗粒计数器测量了油中颗粒物分布，同时测量了油样的PH值；基于测量数据，采用统计分析手段分析了所取液压油样中颗粒物的分布规律及影响因素，结果表明：所取油样中颗粒物粒径符合对数正态分布；粒径在5～10μm内所占比例最大；随着使用年限的加长，平均粒径减小明显；粒径有随PH增加而增加的趋势；基于平均粒径分析，油路堵塞效应严重，颗粒物引起的老化效应明显。
关键词：高压断路器液压油；粒径分布；影响因素
前言
高压断路器是电力系统的重要设备，对于保证电力系统安全和稳定运行具有重要意义。操作系统是高压断路器的重要组成部分，其工作状态直接影响了高压断路器的操作性能。根据国际大电网公布的数据，高压断路器故障中，操作系统故障占比达43.5%[1]。液压系统在高压断路器特别是超高压断路器中得到了普遍使用[2]，根据刘金根的统计[3]，使用液压系统的断路器，液压系统故障占到了总故障的80%以上。液压油污染又是引起液压系统故障的主要原因，占比达70-80%[4]。液压油污染包括固体颗粒物、水、空气和有害化学物质。其中，水、空气和有害化学物质会导致液压油能能下降，引起元件腐蚀、磨损；固体颗粒物会造成元件堵塞和卡紧故障[5]。因此，分析液压油中固体颗粒物的分布规律及其影响因素，对于控制液压油污染具有重要意义。
本文在河南电力公司范围内，采取了98份高压断路器液压油样，详细分析了所采油样中颗粒物的分布规律及其影响因素。
1 实验方法及仪器
1.1测量方法和仪器
1.1.1 油中颗粒物测量
1、仪器：颗粒计数器S40颗粒计数器（PAMAS公司，美国）。
2、测量步骤
搅拌油样3min以使其中颗粒物分布均匀。把进液管插入油样液面下10cm处，打开颗粒计数器油泵，进行2min的预冲洗。然后开始测定，持续至2次连续测定读数一致后，存储数据。
1.1.2水溶性酸碱度
1、仪器：250mL分液漏斗，50mL烧杯，50mL量筒，电子PH计（ORION公司，美国）。
2、实验步骤：实验按照GB/T 259 88《石油产品水溶性酸及碱测定法》进行。
将50mL油样和50mL1:1乙醇水溶液放入分液漏斗。将分液漏斗中的试验溶液，轻轻的摇动5min，不允许乳化，静置10min。放出澄清后下部液层，经滤纸过滤后，滤入烧杯中。把酸度计电极浸入烧杯中液面下10mm处，待酸度计读数稳定后，记录数据。
1.2 油中颗粒物粒径分布分析方法
粒径分布是指不同粒径的颗粒所占的比例。粒径分布可以用颗粒的质量分数或个数百分数来表示：前者称为质量分布，后者称为粒数分布。在除尘技术中使用较多的是质量分布，而在液压油中颗粒物粒径分布研究中，我们更关心的是：能产生堵塞的颗粒物所占比例，因此更感兴趣粒数分布。
液压油中产生的颗粒物粒径分布通常是杂乱无章，但这些颗粒物粒径分布是满足某些统计规律，这些统计规律包括：正态分布、对数正态分布和Rosin-Rammler分布。根据我们后面的研究，液压油中颗粒物分布符合对数正态分布，对数正态分布是将粒径rp用对数形式 log(rp)，则其频率密度分布函数：
2 研究结果及分析
2.1所取油样颗粒物分布总体研究
图1为在概率对数坐标中所做1-30号液压油样筛上累积分布图。由于作图软件origin7.0的限制，图1只给出了1-30号油样的筛上累积分布图，31-97号油样的筛上累积分布具有相同趋势。
从图1中可以看出：所取油样的筛上累积分布在概率—对数坐标中呈一条直线，由此判断：这些油样的颗粒物分布符合对数正态分布。
我们将97份油样的的粒径分布数据全部画在一张概率分布图中，得出拟合曲线后，可分别算出r50、r84.1和r50，再根据公式（4）、（3）和（5），分别算出几何标准差σg、平均粒径 、众径rd列入表1中。
可见：对所取油样的总体评价是：油样中颗粒物产生的堵塞效应（以平均粒径考虑）较为严重；老化效应也明显，从前面对ＰＨ值得分析也可以看出，所取油样的ＰＨ略偏酸性（6.76）。
2.2所取油样颗粒物的分析
图2、3和4所示为所采取液压油样的中位粒径、平均粒径和众径分布规律。
从图2、3和4可以看出：液压油样中中位粒径r50均大于5μm，其中，大于15μm有6个；液压油样中平均粒径 均大于5μm，其中，大于15μm有7个；液压油样中众径rd小于5μm有9个样， 5～10μm的有78个样，占总采样量的82.3%，大于10μm有8个，这说明，正常使用条件下，液压油中颗粒物出现最多的为粒径在5～10μm的。
2.3粒径和使用年限的关系
图5-7所示，为中位粒径、平均粒径及众径与使用年限的关系。从图中可以看到，油中颗粒物粒径有随使用年限加长而减小的趋势，尤其是
平均粒径的减小更加明显，说明颗粒物凝结沉淀效应对油中悬浮状颗粒物有一定影响。这进一步说明堵塞效应是断路器液压系统故障的主要因素。
2.4粒径与油样PH值的关系
图8-10所示为油样中位粒径、平均粒径及众径与PH值的关系。从图中可以看出：总趋势上讲，随着油样PH值的增加，粒径增大；但从局部趋势看，粒径最大出现在PH值为7.0（中性）附近。这说明：油中颗粒物在偏酸或偏碱性环境下，不利于颗粒物的凝结，同时，小颗粒金属也容易在酸或碱条件下发生溶解，形成离子。从图3.40和3.41还可以看出来：不管是使用年限还是油样的PH值，对颗粒物的平均粒径影响最大。
3 结论
1）对所取油样的总体评价是：油样中颗粒物符合对数正态分布
2）正常使用条件下，液压油中颗粒物出现最多的为粒径在5～10μm范围的颗粒物。
3）油样中颗粒物产生的堵塞效应（以平均粒径考虑）较为严重；老化效应也明显。
4）油中颗粒物粒径有随使用年限加长而减小的趋势，尤其是平均粒径的减小更加明显，说明颗粒物凝结沉淀效应对油中悬浮状颗粒物有一定影响。这进一步说明堵塞效应是断路器液压系统故障的主要因素。
5）随着油样PH值的增加，粒径增大；但从局部趋势看，粒径最大出现在PH值为7.0（中性）附近。说明：油中颗粒物在偏酸或偏碱性环境下，不利于颗粒物的凝结，同时，小颗粒金属也容易在酸或碱条件下发生溶解，形成离子。油样的PH值，对颗粒物的平均粒径影响最大。
参考文献:
[1] 钟声，吕林，罗远安，等． 基于专家系统的断路器液压机构监测［J］． 四川电力技术， 2007， 30( 2) :62 － 64．
[2] 刘晓春。SF6 高压断路器的弹簧、液压操作机构的比较应用。广西电业，2007，（87）：78-80
[3] 刘金根． LW6 系列断路器常见缺陷分析及处理［J］． 福建电力与电工， 2003， 23( 2) : 57 － 59．
[4] 姚成玉，赵静一，张齐生，等． 液压油污染检测技术的评述［J］． 润滑与密封， 2006， 10( 10) :196 － 199．
[5] 郭辉, 王平军.飞机液压系统固体颗粒污染分析与控制. 机床与液压,2007,35(1):248-250
论文作者:孟书海,赵双兵,李健,王毛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2017/12/22
标签：粒径论文; 液压油论文; 颗粒物论文; 断路器论文; 对数论文; 正态分布论文; 平均论文; 《电力设备》2017年第26期论文;