不同工藝制備變壓器油及其相容性試驗研究

張海洪，馬莉莉，徐巖峰，郭莎莎，秦一鳴

(中國海油煉油化工科學研究院，北京 102209)

0 引言

隨著國民經濟的高速發展，輸變電線路日益增加及農網增容擴建，與之配套的變壓器油需求量也呈逐年增加趨勢。常見的變壓器油生產工藝主要是低壓加氫脫酸-糠醛精制-白土補充精制組合工藝(傳統工藝)和加氫工藝。目前，中國石油克拉瑪依石化公司和中國海油中瀝公司采用傳統工藝生產變壓器油，中國石化上海高橋石化公司和中國海油四川公司采用加氫工藝生產變壓器油[1-2]。傳統工藝和加氫工藝各有利弊，通過調節操作參數均可得到滿足GB 2536-2011標準的變壓器油。作為絕緣、散熱冷卻和消弧作用的變壓器油使用在變壓器中，其與變壓器中耐油橡膠、硅鋼片、鐵片、紫銅片、層壓木、紙板層和膠等常見材料的相容性至關重要，相容性指標也是變壓器廠商在選擇、使用變壓器油時的重要參考標準[3]。

中國海油在渤海灣擁有豐富的環烷基原油資源，其中部分原油的常二線餾分油是生產變壓器油的良好原料[4]。本文以中國海油綏中36-1常二線餾分油為原料，采用不同工藝生產變壓器油，并與變壓器中常見材料進行相容性試驗，考察試驗后變壓器油的介質損耗因數、擊穿電壓、酸值、界面張力和溶解氣組成等性質變化情況，以期為變壓器廠商選擇、使用變壓器油時提供參考。

1 實驗部分

1.1原料油性質

采用中國海油某煉廠生產的綏中36-1常二線餾分油為原料，性質如表1所示。

表1 原料油性質

由表1數據可知，原料油密度(20 ℃)為0.9062 g/cm3，傾點為-42 ℃，屬于典型的環烷基油餾分油，適宜生產環烷基變壓器油。

1.2工藝路線

常二線餾分油經過加氫工藝(加氫處理-加氫補充精制)，飽和一定量的芳烴，得到組成適宜的變壓器油基礎油；經過加氫脫酸、糠醛精制和白土補充精制工藝，除去非理想組分，得到組成適宜的變壓器油基礎油。基礎油中加入添加劑得到變壓器油。具體工藝路線如圖1～圖3所示[5]。

圖1 高壓加氫工藝示意

圖2 中壓加氫工藝示意

圖3 傳統工藝示意

2 結果與討論

2.1不同工藝制備變壓器油試驗

本試驗選擇常見市售加氫脫酸催化劑、加氫處理催化劑和加氫補充精制催化劑，試驗過程采用氫氣一次通過工藝，在200 mL固定床加氫試驗裝置和1 kg/h糠醛精制裝置上進行試驗。經過系列條件試驗得到優化后的工藝條件，在該工藝條件下得到的三種變壓器油產品主要性質見表2。由表2數據可知，在適宜的反應條件下，采用三種工藝均可以得到性質滿足GB 2536-2011要求的變壓器油產品。

表2 三種變壓器油性質分析

注：本次試驗所得變壓器油滿足I-20℃變壓器油(特殊)GB 2536要求。

2.2相容性試驗

試驗采用市售變壓器油(4號變壓器油)作為參比油樣進行對比，選擇變壓器中的常用材料，如耐油橡膠、硅鋼片、鐵片、紫銅片、層壓木、紙板層和膠等，參照電力行業《礦物絕緣油與變壓器材料相容性測定方法》(2017年征求意見稿)(簡稱征求意見稿)中的測試方法對以上四種變壓器油與材料的相容性進行測試。試驗用變壓器油和相關材料放置于(105±5)℃恒溫干燥箱內干燥24 h，然后把樣品在特定溫度的恒溫鼓風干燥箱內熱老化一定時間。4種油樣分別進行空白樣(不加任何固體材料)和對比樣的試驗，若老化后的試驗油樣與老化后的空白油樣性質無明顯差異(差值一般由買方和賣方協議)，表明變壓器油與材料相容性良好。標準中對空白油樣老化后各指標要求如表3所示。

表3 征求意見稿中指標要求

2.2.1 介質損耗因數和擊穿電壓變化分析

變壓器油介質損耗因數表示在電場作用下，電解質極化和電導所引起的電能損失，介質損耗因數的大小可直觀判斷油品劣化或污染程度。擊穿電壓是衡量電器內部耐受電壓的程度，也是檢驗變壓器油性能好壞的主要手段之一，影響變壓器油擊穿電壓的主要因素有水分、雜質或其他導電物質等。

由圖4分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的介質損耗因數均沒有超過0.001，低于征求意見稿中不大于0.011的要求。試驗油樣與空白油樣相比，介質損耗因數變化幅度不大，表明選用的材料沒有造成變壓器油的污染。

圖4 四種變壓器油老化后介質損耗因數變化

由圖5分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的擊穿電壓值大于70 kV，大于征求意見稿中不小于28 kV的要求。試驗油樣擊穿電壓也在70 kV以上，表明相容性試驗過程中，四種變壓器油中基本沒有水分、雜質或者導電微粒等易導電物質產生，沒有受到污染。

圖5 四種變壓器油老化后擊穿電壓變化

相容性試驗結果表明，三種變壓器油的介質損耗因數和擊穿電壓與參比油樣相當。

2.2.2 酸值變化和界面張力變化分析

酸值是變壓器油老化的一個關鍵指標，變壓器油的酸性物質包括有機酸、無機酸和一些酚類化合物等。界面張力指的是變壓器油和純水之間的界面所具有的張力，變壓器油所含極性物質越少，油分子的極性越小，處于界面上的分子之間的作用力就越小，界面張力就越高。

由圖6分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的酸值不大于0.01 mgKOH/g，低于征求意見稿中不大于0.03 mgKOH/g的要求，試驗油樣酸值不大于0.012 mgKOH/g，表明相容性試驗過程中，四種變壓器油中酸性物質產生較少。

圖6 四種變壓器油老化后酸值變化

由圖7分析可知，四種變壓器油老化后空白油樣的界面張力不小于40 mN/m，高于征求意見稿中不小于38 mN/m的要求，試驗油樣界面張力均大于38 mN/m，表明相容性試驗過程中，四種變壓器油中極性物質產生較少。

相容性試驗結果表明，三種變壓器油的酸值和界面張力與參比油樣相當。

2.2.3 溶解氣體變化分析

變壓器油中溶解氣體組分含量的測定，對變壓器設備制造、運行是十分重要的檢測項目，是變壓器出廠檢驗和運行監督過程中判斷變壓器設備潛伏性故障的有效手段。由表4數據可知三種變壓器油老

化前后的氣體組成與4號變壓器油性能相當。

圖7 四種變壓器油老化后界面張力變化

氣體組成/μL·L-11號變壓器油2號變壓器油3號變壓器油4號變壓器油試驗油樣空白油樣試驗油樣空白油樣試驗油樣空白油樣試驗油樣空白油樣H221208724205043CO47411311157308181336104CO2881661564469685556697675CH40．30．00．20．00．10．00．40．0C2H40．00．00．00．00．00．00．00．0C2H60．00．00．00．00．00．00．00．0C2H20．00．00．00．00．00．00．00．0

3 結論

(1)以綏中36-1常二線餾分油為原料，采用高壓加氫處理-加氫補充精制、中壓加氫處理-加氫補充精制、低壓加氫脫酸-糠醛精制-白土補充精制三種不同工藝均可以生產滿足GB 2536-2011標準要求的變壓器油；

(2)與空白油樣對比，三種工藝生產的變壓器油老化后介質損耗因數、擊穿電壓等性質滿足標準要求，溶解氣體組成變化較小；

(3)在試驗所選常見材料范圍內，三種工藝生產的變壓器油與變壓器中硅鋼片、層壓木、絕緣層等常見材料的相容性良好。

參考文獻：

[1] 付玉娥. 中國變壓器油市場研究[C]∥2010大連潤滑油技術經濟論壇論文專輯，2010:9-12.

[2] 唐曉東，李林，崔盈賢，等. 糠醛精制變壓器油工藝優化研究[J]. 潤滑油，2006，21(6):24-27.

[3] 張海洪，郭莎莎，秦一鳴，等. 環烷基餾分油生產變壓器油的研究[J]. 潤滑油，2016，31(3):46-49.

[4] 任建松，馬莉莉. 環烷基潤滑油高壓加氫生產技術適應性分析[J]. 潤滑油，2015，30(8):53-57.

[5] 夏強斌, 任建松, 郭春梅,等. 高壓加氫生產環烷基變壓器油的中型試驗研究[J]. 石油煉制與化工, 2016, 47(3):94-97.

[6] GB 2536-2011 電工流體 變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油[S], 2012.