使用氧化剂在电气设备中处理硫化铜沉积物的方法.pdf

一种处理材料和表面上的硫化铜沉积物的方法，所述材料和表面与电气设备内部的电绝缘油相接触，其中通常处于所述电气设备中的大量的绝缘油被去除。硫化铜将经受利用氧化剂的处理，其中氧化剂将导致与硫化铜沉积物进行反应。氧化剂可以包括以下化合物：二氧化氯、过氧酸或者臭氧。

1.  一种处理在材料和表面上的硫化铜沉积物的方法，所述材料和表面与电气设备内部的电绝缘油相接触，其中通常处于所述电气设备中的大量的绝缘油被去除：
其特征在于：
在材料和表面上的所述硫化铜沉积物将经受致使与所述硫化铜进行反应的氧化剂的处理。

2.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧化剂是二氧化氯ClO₂。
二氧化氯、过氧酸或者臭氧。

3.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧化剂包括过氧酸。

4.  根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述过氧酸包括过乙酸C₂H₄O₃。

5.  根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述过氧酸包括过甲酸CH₂O₃。

6.  根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述氧化剂是臭氧O₃。

7.  根据权利要求1-6中的任一项所述的方法，其特征在于：在利用所述氧化剂的处理之前，利用包括卤素的置换剂来对所述电气设备的材料和表面进行处理。

8.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述置换剂是单质卤素元素。

9.  根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述置换剂包括碘I₂。

10.  根据权利要求8所述的方法，其特征在于：所述置换剂包括氯Cl₂。

11.  根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述置换剂包括碘化氢HI。

12.  根据权利要求1-12中的任一项所述的方法，其特征在于：在所述处理之前，去除全部剩余的油，并且借助于其中可溶解所述电绝缘油的液体来进一步清洁所述电气设备内部。

13.  根据权利要求1-12中的任一项所述的方法，其特征在于：在受控气体中执行利用所述制剂的所述处理。

14.  根据权利要求1-12中的任一项所述的方法，进一步包括将非反应气体引入所述电气设备中以控制所述气体的步骤。

15.  根据权利要求1-14中的任一项中所述的方法，其特征在于：在处理期间，利用通过导体的电流来加热所述电气设备。

16.  根据权利要求1-14中的任一项中所述的方法，其特征在于：在处理期间，利用外部加热器来加热所述电气设备。

17.  根据权利要求1-16中的任一项中所述的方法，其特征在于：在处理期间，所述氧化剂扩散于所述电气设备内部的气体中。

18.  根据权利要求17所述的方法，其特征在于：通过放置在所述电气设备内部的任何类型的混合装置来实现氧化剂的扩散，所述混合装置的类型包括：风扇、搅拌器或者泵。

19.  根据权利要求17所述的方法，其特征在于：所述氧化剂的扩散包括以下步骤：抽取所述电气设备中的部分气体，并且将其馈送回所述电气设备，并且在所述设备中创建湍流气体。

20.  根据权利要求1-19中的任一项所述的方法，其特征在于：允许作为利用所述氧化剂对硫化铜进行处理的结果所形成的铜化合物保持在所述电气设备内部的材料和表面上，并且所述电气设备重新填充有电绝缘油。

21.  根据权利要求1-20中的任一项所述的方法，其特征在于：将在所述电气设备中剩余的未反应氧化剂馈送至破坏器，该破坏器将所述制剂转换为较不活跃的物质。

22.  一种处理在电气设备内部的材料和表面上的硫化铜沉积物的系统，所述电气设备内部的材料和表面与所述电气设备中通常存在的电绝缘油相接触：
其特征在于：
所述电气设备中的油几乎为空，并且所述系统包括用于将气态化学制剂引入所述电气设备中的装置，以及所述系统包括用于将过量气体从所述电气设备中去除的装置。

23.  根据权利要求22所述的系统，其特征在于：所述用于引入气态化学制剂的装置包括在化学制剂的源以及所述设备之间的临时连接。

24.  根据权利要求22-23中的任一项所述的系统，其特征在于：所述气态化学制剂可以是包括二氧化氯、过乙酸、过甲酸、臭氧的氧化剂，或者是包括碘或者氯的置换剂。

25.  根据权利要求22-24中的任一项所述的系统，其特征在于：所述用于去除过量气体的装置包括在所述设备和破坏器之间的临时连接，所述破坏器用于将所述设备气体中的活跃成分转换至较不活跃的成分。

26.  根据权利要求22-25中的任一项所述的系统，其特征在于：所述系统包括用于将非反应气体引入所述设备的装置。

27.  根据权利要求22-26中的任一项所述的系统，其特征在于：所述系统包括用于加热所述设备的装置。

28.  根据权利要求22-27中的任一项所述的系统，其特征在于：所述系统包括用于混合所述设备中的所述气体的装置。

使用氧化剂在电气设备中处理硫化铜沉积物的方法
技术领域
本发明涉及一种处理在电气设备中的电绝缘层中出现的硫化铜沉积物的方法。
背景技术
在电力传输和发电领域中，在多种不同设备中使用绝缘油，所述多种不同设备例如电源变压器、配电变压器、抽头转换器、开关设备以及电抗器。绝缘油通常是高度精炼的矿物油，绝缘油在高温时稳定并且具有优秀的电绝缘属性。油的功能是在设备中对导体进行电绝缘，抑制电晕和电弧，并且在电气设备中用作导体的冷却液。
这些电绝缘油通常包含微量电抗性硫化合物，例如，硫醇(也称作硫醇mercaptan)，硫醇可以与铜或者氧化铜反应并形成硫醇铜。硫醇铜可以进一步分解，导致形成硫化铜(I)Cu₂S。
一个反应途径示出如下：
Cu₂O+2RSH＝>2Cu SR+H2O
2CuSR＝>Cu2S+RSR
其中RSH是硫醇，-SH是硫醇基(或者硫醇mercaptan)，-R是烷基以及RSR是硫醚。其他的硫化有机物(尤其是硫化物)也可以是活跃的，或者与铜直接反应，或者经由转化至硫醇来与铜反应。
硫化铜在油中不能溶解，并且可以在电气设备内部与电绝缘油接触的表面和材料上形成沉积物。例如，尽管纸、木材以及油已经使用了一百多年，大的电源变压器绕组仍然大都由这些材料来绝缘，这些材料仍然提供良好的性价平衡。
硫化铜是电的半导体，并且在电气设备中的表面和材料上形成半导电沉积物可以导致设备操作的退化或者中断。
如果在用于覆盖电气设备中铜导体的绝缘材料(通常是例如纸的纤维素材料)上沉积了半导体的硫化铜，则这可能导致绝缘材料的绝缘属性退化，这将导致漏电或者短路。在电气设备内部的固态绝缘材料(诸如，木材、陶瓷和压制版)表面上的半导体硫化铜沉积物也会导致类似的问题。
直接沉积于导体表面上的半导体硫化铜沉积物将导致很多问题，尤其是当在连接器表面上形成沉积物的时候。
在CIGRE Moscow symposium 2005中，由Bengtsson等人发表的“Oil corrosion and Cu₂S deposition In Power Transformers”一文描述了失败的分析的结果、以及在电源变压器中的表面和材料上的硫化铜Cu₂S沉积物的实验室再现。
名称为“Method for removing reactive sulfur from insulating oil”的WO 2005115082描述了一种用于从绝缘油中去除含硫化合物的方法，该方法通过将绝缘油暴露于至少一种硫净化物质、并且将绝缘油暴露于至少一种极性吸附剂而实现。
在WO 2005115082中的方法是针对如下目的而开发：用于通过去除在电气设备外部的油中的含硫化合物，而处理在电气设备中已经存在的电绝缘油，其防止硫化铜在电气设备内部的材料和表面上继续沉积。迄今为止，没有关于如何处理在电气设备内部的表面和材料上已经沉积的硫化铜沉积物的建议。当前，去除在用于覆盖铜导体的绝缘纸上的硫化铜沉积物的仅有方案是，去除旧的纸张并且将其替换为新的绝缘纸。
JP 2001311083描述了：在电气设备中使用电绝缘油之前，将油存储在包含铜或者铜合金的容器中，来去除在电绝缘油中的硫化合物的方法。油中的硫化合物可以与铜进行反应，并且由此捕获该硫化合物，并在电气设备中使用之前将其从油中去除。
发明内容
本发明的一个实施方式提供了一种方法，借助于该方法利用氧化剂来处理在电气设备内部的材料和表面上的半导体硫化铜沉积物，其中去除了电气设备中的大量绝缘油。
本发明的一个实施方式借助于初始定义的方法来实现，其特征在于：氧化剂与在电气设备内部的材料和表面上的所述硫化铜沉积物进行反应，并且所述反应将硫化铜沉积物转换为较不导电的化合物。硫化铜是半导体并且在绝缘材料上形成半导体沉积物将导致降低绝缘材料和绝缘油系统的绝缘属性，这将在电气设备中导致短路。可以通过从绝缘材料去除硫化铜、或者将硫化铜转换为具有较低导电性的化合物，来避免短路。
在本发明的一个实施方式中，所述氧化剂包括二氧化氯ClO₂。
在本发明的另一实施方式中，所述氧化剂包括过氧酸R-O₃H。
在本发明的另一实施方式中，所述过氧酸包括过乙酸C₂H₄O₃。
在本发明的另一实施方式中，所述过氧酸包括过甲酸CH₂O₃。
在本发明的另一实施方式中，所述氧化剂包括臭氧O₃。
在电气设备内部的将要通过本方法进行处理的材料包括：纸、压制版、木材以及与电绝缘油接触的其他固态/纤维性绝缘材料。
在电气设备内部的将要通过本方法进行处理的表面包括：绝缘的导体、暴露的导体、磁性核以及与电绝缘油接触的其他固态表面。
根据本发明的一个实施方式提供的方法，进一步包括以下步骤：在利用所述氧化剂处理之前，利用置换剂对所述硫化铜沉积物进行预处理。
所述置换剂与硫化铜沉积物反应，并且将硫化铜转换为更容易由氧化剂氧化的物质。置换剂的示例是单质卤素元素，尤其是碘I₂或者氯Cl₂。
根据本发明的一个实施方式，在利用氧化剂处理之前，去除全部剩余的油，并且借助于其中可溶解所述电绝缘油的液体来进一步清洁所述电气设备内部。
可以对其中已经去除了大部分油，但是在表面和材料上剩余了某些油的电气设备执行本方法。反应制剂，氧化剂以及可能的置换剂两者，以气体形式进入设备，并且继而在表面或者材料上的油中被吸收/溶解，并且主要在油态中发生反应。
还可以对如下电气设备执行本方法：在该设备中，已经去除了大部分油，并且继而利用溶剂来进一步对设备内部的所有材料和表面进行清洁。可以通过利用溶剂对设备内部进行喷射或者清洗来执行由溶剂对电气设备进行清洁，继而去除所述溶剂。还可以通过以蒸汽方式引入溶剂并使得所述蒸汽凝结在表面和材料上，来执行对设备进行清洁。继而，从设备中去除凝结物。
本发明的另一实施方式是一种处理在电气设备内部的材料和表面上的硫化铜沉积物的系统，所述材料和表面与所述电气设备中通常存在的电绝缘油相接触，其中所述电气设备中的油几乎为空，并且所述系统包括用于将气态化学制剂引入所述电气设备中的装置，以及所述系统包括用于将过量气体从所述电气设备中去除的装置。在所述系统中，所述用于引入气态化学制剂的装置包括在化学制剂的源以及所述设备之间的临时连接。所述气态化学制剂可以是包括二氧化氯、过乙酸、过甲酸、臭氧的氧化剂，或者是包括碘或者氯的置换剂。
根据本发明的一个实施方式，在受控的气体中执行所述处理。通过控制例如湿度、温度、氧化剂浓度或者局部压力、氮气和氧气的含量的参数来控制气体。
如果存在使用置换剂来对硫化铜沉积物进行预处理的步骤，则通过控制例如湿度、温度、氧化剂浓度或者局部压力、氮气和氧气的含量的参数来控制气体。
为了以受控方式发生反应，必须控制设备内部气体的局部压力。需要重点控制的气体是：氧化剂或者置换剂、氮、氧以及湿度。该方法可能需要利用例如氮气N₂的非反应气体来稀释氧化剂或者置换剂的步骤。该方法可以包括在将气体注入设备之前，将气体混合物进行冲淡(dying)的步骤。
反应率还受到设备中温度的影响，以及一种用于控制设备中温度的方法是，利用通过导体的电流来加热电气设备中的导体，而另一种控制设备中温度的方法是，使用设备上的外部加热器。
为了以充分的反应率发生反应，制剂(氧化剂或者置换剂)必须从设备内部的大量气体传送至表面和材料。为了确保制剂的传输，气体必须充分混合。混合设备内部的气体的一种方式是，利用在电气设备内部放置的混合装置，例如，风扇、搅拌器或者泵。而混合设备内部的气体的另一方式是，抽取所述电气设备中的部分气体，并且将其馈送回所述电气设备，即利用环流循环。
在已经与硫化铜进行反应之后，反应产物大多是非导电的硫酸铜，允许该反应产物保留在电气设备的材料和表面之上，并且将该电气设备重新填充电绝缘油，并且准备就绪用于再次使用。
随着制剂(氧化剂或者置换剂)馈送至设备中，必须从设备中去除等量的气体以防止过压。所去除的气体包括一定数量的未反应制剂，并且不允许所述未反应制剂进入外部大气。由此，本方法包括对未反应制剂进行去除和破坏的步骤(通过将制剂转换为较小活性的物质)。例如，在氧化剂的情况下，将去除的气体通过易于被氧化的材料来进行。如果去除的气体包含置换剂碘I₂，则可以在冷凝管(cold trap)中捕获碘。
附图说明
附图构成本说明书的一部分，并且包括可以以各种方式实现的本发明的示例性实施方式。应该理解，在某些实例下，可以对本发明的各种方面进行夸张、简化或者扩大，以便于理解本发明。
图1是本发明的一个实施方式的流程图；
图2示出了本发明一个实施方式的示意性过程图；以及
图3示出了本发明一个实施方式的另一示意性过程图。
具体实施方式
在此提供了优选实施方式的详细说明。然而，应该理解，可以以各种方式实现本发明。由此，在此公开的特定细节并不诠释为限制，而是作为权利要求书的基础并作为表示的基础，用于教导本领域技术人员在任何适当的详细系统、结构或者方式中实际使用本发明。
图1示出了方法的示意性过程图。在方框1中，从电气设备中去除电绝缘油。方框2是可选步骤，用以对容纳电绝缘油的设备内部进行清洁，例如，通过利用溶剂对电气设备内部进行喷射或者清洗，或者通过在设备内部凝结溶剂蒸汽继而去除油/溶剂溶液。
方框3是可选步骤，用以利用置换剂对电气设备中的材料和表面上的硫化铜沉积物进行预处理，以便有利于氧化反应，一种可能的置换剂的示例是单质碘蒸汽或者氢化碘。
方框4是在材料和表面上出现的硫化铜的氧化反应(处理)。该反应将在电气设备中的材料和表面上的半导体硫化铜转换为主要是非导电性的硫酸铜。氧化剂从方框6馈送至电气设备中，并且在方框7中，未反应的氧化剂被破坏。
还可以使用的可能氧化剂的示例是ClO₂、臭氧或者过乙酸。
处理在方框5中完成，并且电气设备充满电绝缘油，并被用于再次投入运行。
图2示出了本发明的一个实施方式的流程图。在此流程图中，在处理之前，已经从电气设备10中去除了油，并且处理可以开始。氧化剂存储或者生成装置11以气体形式供给必要的氧化剂，用于发生反应。氧化剂被馈送15至电气设备10中，其中针对例如湿度、温度、氧化剂浓度、氮气和氧气的含量的参数来控制气体。
还可以使用的可能氧化剂的示例是ClO₂、臭氧或者过乙酸。
如果氧化剂是ClO₂，则必须控制过程，从而使在生成或者存储装置中、以及在电气设备内部的ClO₂的浓度体积百分比不超过15％，这是由于超过此浓度时，ClO₂将爆炸性地分解为氯气和氧气。
电气设备10中的气体必须混合，以便于氧化剂扩散至待处理的电气设备内部的材料和表面之上，以便确保反应率是充分的。在流程图中示出的将气体混合的一种可能性是，在电气设备10内部使用内部混合器或者风扇14。未反应的氧化剂以及过量的气体被去除16并且馈送至破坏器(destructor)12，其去除剩余的氧化剂或与之反应，而仅剩余无害的副产品17。
如果利用置换剂对电气设备中材料和表面上的硫化铜沉积物进行预处理以便于氧化反应，则流程图包括置换剂存储装置18，其用以以气体形式供给必要的置换剂来实现置换反应。阀装置19用以选择将哪种制剂注入电气设备10中。
图3示出了本发明的一个实施方式的流程图。在此流程图中，已经从电气设备20中去除了油，并且开始处理。氧化剂存储或者生成装置11供给必要的氧化剂用于发生反应。氧化剂馈送25至环流循环28，该环流循环28用于将氧化剂与设备内部的气体进行混合。针对例如湿度、温度、氧化剂浓度、氮气和氧气含量的参数来对电气设备20中的气体进行控制。
电气设备10中的气体必须混合，以便于氧化剂扩散至待处理的电气设备内部的材料和表面之上，以便确保反应率是充分的。在流程图中示出的将气体混合的一种可能性是具有泵23的环流循环28。未反应的氧化剂以及过量的气体被去除26并且馈送至破坏器22，其去除剩余的氧化剂或与之反应，而仅剩余无害的副产品27。
如果利用置换剂对电气设备中材料和表面上的硫化铜沉积物进行预处理以便于氧化反应，则流程图包括置换剂存储装置28，其用以将必要的置换剂以气体形式供给30至环流循环28来在设备20中实现置换反应。
尽管针对优选实施方式描述了本发明，其并不旨在于将本发明的范围限制至所阐明的特定形式；而是相反，旨在覆盖由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内包括的此类备选、修改和等效实现。