不同油族變壓器油以及高溫對快速氧化過程的影響研究

雍軍，辜超，周加斌，邢海文

不同油族變壓器油以及高溫對快速氧化過程的影響研究

雍軍，辜超，周加斌，邢海文

（國網山東省電力公司電力科學研究院，山東 濟南 250003）

采用3種不同的油族變壓器油進行閉口杯老化的試驗，加入金屬裸銅作為催化劑，分別進行140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃5種溫度下試驗時間為125 h的快速氧化試驗，氧化試驗結束后測定油品的總酸值、沉淀物含量及介質損耗因數。試驗結果表明，不同樣品隨著溫度的升高氧化反應越來越劇烈，且會生成酸性物質以及油泥等沉淀物；不同精制工藝、不同油基的變壓器油的自身結構特性也決定了其氧化性能，即加氫油大于環烷基油大于石蠟基油。

變壓器油；總酸值；沉淀物含量；介質損耗因數

1 引言

變壓器油是從石油中分餾出的一種物質，含直鏈烷烴、異構烷烴、環烷烴和芳香烴等烴類的混合物[1]，其中，經過不同的精制反應形成石蠟基變壓器油、環烷基變壓器油，再經過加氫工藝使得不穩定的烴類物質形成穩定的飽和烴，從而獲得氧化性能的變壓器油。變壓器油容易與空氣以及于高溫下發生化學反應，在變壓器內部材料銅的催化下加速變質，失去原有的絕緣作用[2]。LUNDAARD等人[3]通過研究指出，變壓器油-紙絕緣體系在老化過程中會產生低分子酸（分子量小的酸）和高分子酸（分子量大的酸）。低分子酸主要由絕緣紙的老化產生，極易被絕緣紙吸收。高分子酸則主要因變壓器油的老化產生，存在絕緣油中，隨著變壓器運行時間的增長，變壓器油中的高分子酸會不斷增加，從而導致變壓器油的老化加劇，最終影響變壓器運行[4]。

變壓器油長期在高溫運行過程中會產生氧化產物，主要是酸類產物，包括羧酸、羥基酸、酚類、少量的低分子有機酸以及油泥等[5]，這些酸類物質以及油泥等沉淀物對電力設備的金屬部件有較強的腐蝕作用，它們會侵蝕電氣設備的絕緣材料，降低設備的絕緣性能和機械強度。因此，高溫對變壓器油的影響是不可忽視的。

通過研究不同油族的結構性能穩定性以及在高溫運行中的變壓器油的質量變化，便能選擇更加優質的變壓器油來保證變壓器的長期穩定運行。

2 試驗材料與方法

2.1 試驗材料與儀器

試驗材料：石蠟基變壓器油、環烷基變壓器油、加氫型變壓器油、銅絲、快速氧化試驗杯。

儀器：DTL油測試儀、奧地利保爾、可控溫烘箱、南通滬南科學儀器。

2.2 試驗方法

2.2.1 方法概述

采用3種不同的油族的變壓器油油進行閉口杯老化的試驗。為了滿足該溫度下的試驗條件，加入金屬裸銅作為催化劑。分別稱取4種油樣各250 g、所需銅絲均置于試驗杯中，分別進行140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃以及180 ℃5種溫度下試驗時間為125 h的快速氧化試驗，氧化試驗結束后按照《未使用過的烴類絕緣油氧化安定性測試法》（NB/SH/T 0811—2010）測定油品的總酸值、沉淀物含量及介質損耗因數。

2.2.2 測試方法標準

變壓器油的氧化安定性測試按照標準《未使用過的烴類絕緣油氧化安定性測試法》（NB/SH/T 0811—2010）。介質損耗因數測試按照標準《液體絕緣材料相對電容率、介質損耗因數和直流電阻率的測量》（GB 5654—2007）。

3 結果與討論

3.1 石蠟基變壓器油不同溫度下的變化規律

不同溫度下石蠟基變壓器油的氧化數據如表1所示。從表1中的數據可以看出，隨著溫度的不斷升高，石蠟基變壓器油的介質損耗因數、沉淀物含量、總酸值都是隨之增加，從160 ℃開始的氧化數據超出GB 2536—2011[6]通用型油標準，說明從160 ℃開始，石蠟基變壓器油已經開始發生急劇氧化反應以及裂解反應，生成酸類、雜質等物質，從而影響石蠟基變壓器油的質量。

3.2 環烷基變壓器油不同溫度下的變化規律

不同溫度下環烷基變壓器油的氧化數據如表2所示。根據表2的數據及趨勢可以看出，隨著溫度的不斷升高，環烷基變壓器油的介質損耗因數、沉淀物含量、總酸值都是隨之增加，從170 ℃開始的氧化數據超出GB 2536—2011特殊型油標準，說明從170 ℃開始，環烷基變壓器油開始發生急劇化學反應，生成酸類、雜質等物質，環烷基變壓器油是以環烷基為基礎油，環烷基油通常是含有大量的飽和環狀碳鏈結構分子，可能是五元環、六元環或是它的同系物，也可能是多種環連接在一起的多環結構[7]，因此環烷基變壓器油的性能穩定，抗氧化性能優于石蠟基變壓器油。

表1 不同溫度下石蠟基變壓器油的氧化數據表

試驗溫度/℃介質損耗因數沉淀物含量/（%）總酸值/mgKOH/g 1400.05600.8 1500.0980.11.1 1600.1250.362.1 1700.2390.792.56 1800.5661.033.02

表2 不同溫度下環烷基變壓器油的氧化數據表

試驗溫度/℃介質損耗因數沉淀物含量/（%）總酸值/mgKOH/g 1400.04300.7 1500.0850.091.15 1600.1160.31.94 1700.2290.692.28 1800.5540.952.88

3.3 加氫型變壓器油不同溫度下的變化規律

不同溫度下加氫型變壓器油的氧化數據如表3所示。由表3的數據可以看出，隨著溫度的不斷升高，加氫型變壓器油的介質損耗因數、沉淀物含量、總酸值隨之增加，加氫型變壓器油所有的氧化數據結果均符合GB 2536—2011通用型油標準。因為加氫型變壓器油是經過加氫工藝獲得，加氫補充精制可降低基礎油中的硫、氮、氧等雜質含量，并通過少量的芳烴飽和，從而改善基礎油的光安定性和氧化安定性，因此加氫型變壓器油的氧化安定性能優良[8]，且氧化數據優于環烷基變壓器油。

表3 不同溫度下加氫型變壓器油的氧化數據表

試驗溫度/℃介質損耗因數沉淀物含量/（%）總酸值/mgKOH/g 1400.001 200.02 1500.005 600.10 1600.007 80.040.26 1700.010.070.56 1800.0250.090.89

4 結論

3種試驗樣品均在隨著溫度的升高氧化反應越劇烈，造成試樣樣品油的加速氧化，使得油樣的質量變差，生成很多酸類物質和油泥等沉淀物；由于加氫工藝使得基礎油中的少量芳烴飽和，形成的單鍵使得鍵能增強，雙鍵的鍵能低于單鍵的鍵能，且雙鍵比單鍵更易斷裂，這使得加氫型變壓器油本身分子結構穩定，因此加氫型變壓器油抗氧化性能優于環烷基變壓器油；由于環烷基變壓器油，環烷基油通常含大量的飽和環狀碳鏈結構分子，可能是五元環、六元環或是它的同系物，也可能是多種環連接在一起的多環結構，因此環烷基變壓器油的性能穩定，抗氧化性能優于石蠟基變壓器油。

［1］曹建軍，隋彬，楊飛豹，等.變壓器油紙絕緣水分含量和老化程度定量評估研究［J］.高壓電器，2018，54（1）：143-151.

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［6］中國石油化工股份有限公司石油化工科學研究院，西安熱工研究院有限公司，中國石油天然氣股份有限公司潤滑油分公司，等.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］.北京：中國質檢出版社，2011.

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TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.049

2095－6835（2019）19－0120－02

雍軍（1971—），男，研究方向為特高壓設備運檢技術。

〔編輯：王霞〕