不同工艺制备变压器油及其相容性试验研究

2018-04-23张海洪马莉莉徐岩峰郭莎莎秦一鸣

润滑油 2018年2期

张海洪，马莉莉，徐岩峰，郭莎莎，秦一鸣

(中国海油炼油化工科学研究院，北京 102209)

0 引言

随着国民经济的高速发展，输变电线路日益增加及农网增容扩建，与之配套的变压器油需求量也呈逐年增加趋势。常见的变压器油生产工艺主要是低压加氢脱酸-糠醛精制-白土补充精制组合工艺(传统工艺)和加氢工艺。目前，中国石油克拉玛依石化公司和中国海油中沥公司采用传统工艺生产变压器油，中国石化上海高桥石化公司和中国海油四川公司采用加氢工艺生产变压器油[1-2]。传统工艺和加氢工艺各有利弊，通过调节操作参数均可得到满足GB 2536-2011标准的变压器油。作为绝缘、散热冷却和消弧作用的变压器油使用在变压器中，其与变压器中耐油橡胶、硅钢片、铁片、紫铜片、层压木、纸板层和胶等常见材料的相容性至关重要，相容性指标也是变压器厂商在选择、使用变压器油时的重要参考标准[3]。

中国海油在渤海湾拥有丰富的环烷基原油资源，其中部分原油的常二线馏分油是生产变压器油的良好原料[4]。本文以中国海油绥中36-1常二线馏分油为原料，采用不同工艺生产变压器油，并与变压器中常见材料进行相容性试验，考察试验后变压器油的介质损耗因数、击穿电压、酸值、界面张力和溶解气组成等性质变化情况，以期为变压器厂商选择、使用变压器油时提供参考。

1 实验部分

1.1原料油性质

采用中国海油某炼厂生产的绥中36-1常二线馏分油为原料，性质如表1所示。

表1 原料油性质

由表1数据可知，原料油密度(20 ℃)为0.9062 g/cm3，倾点为-42 ℃，属于典型的环烷基油馏分油，适宜生产环烷基变压器油。

1.2工艺路线

常二线馏分油经过加氢工艺(加氢处理-加氢补充精制)，饱和一定量的芳烃，得到组成适宜的变压器油基础油；经过加氢脱酸、糠醛精制和白土补充精制工艺，除去非理想组分，得到组成适宜的变压器油基础油。基础油中加入添加剂得到变压器油。具体工艺路线如图1～图3所示[5]。

图1 高压加氢工艺示意

图2 中压加氢工艺示意

图3 传统工艺示意

2 结果与讨论

2.1不同工艺制备变压器油试验

本试验选择常见市售加氢脱酸催化剂、加氢处理催化剂和加氢补充精制催化剂，试验过程采用氢气一次通过工艺，在200 mL固定床加氢试验装置和1 kg/h糠醛精制装置上进行试验。经过系列条件试验得到优化后的工艺条件，在该工艺条件下得到的三种变压器油产品主要性质见表2。由表2数据可知，在适宜的反应条件下，采用三种工艺均可以得到性质满足GB 2536-2011要求的变压器油产品。

表2 三种变压器油性质分析

注：本次试验所得变压器油满足I-20℃变压器油(特殊)GB 2536要求。

2.2相容性试验

试验采用市售变压器油(4号变压器油)作为参比油样进行对比，选择变压器中的常用材料，如耐油橡胶、硅钢片、铁片、紫铜片、层压木、纸板层和胶等，参照电力行业《矿物绝缘油与变压器材料相容性测定方法》(2017年征求意见稿)(简称征求意见稿)中的测试方法对以上四种变压器油与材料的相容性进行测试。试验用变压器油和相关材料放置于(105±5)℃恒温干燥箱内干燥24 h，然后把样品在特定温度的恒温鼓风干燥箱内热老化一定时间。4种油样分别进行空白样(不加任何固体材料)和对比样的试验，若老化后的试验油样与老化后的空白油样性质无明显差异(差值一般由买方和卖方协议)，表明变压器油与材料相容性良好。标准中对空白油样老化后各指标要求如表3所示。

表3 征求意见稿中指标要求

2.2.1 介质损耗因数和击穿电压变化分析

变压器油介质损耗因数表示在电场作用下，电解质极化和电导所引起的电能损失，介质损耗因数的大小可直观判断油品劣化或污染程度。击穿电压是衡量电器内部耐受电压的程度，也是检验变压器油性能好坏的主要手段之一，影响变压器油击穿电压的主要因素有水分、杂质或其他导电物质等。

由图4分析可知，四种变压器油老化后空白油样的介质损耗因数均没有超过0.001，低于征求意见稿中不大于0.011的要求。试验油样与空白油样相比，介质损耗因数变化幅度不大，表明选用的材料没有造成变压器油的污染。

图4 四种变压器油老化后介质损耗因数变化

由图5分析可知，四种变压器油老化后空白油样的击穿电压值大于70 kV，大于征求意见稿中不小于28 kV的要求。试验油样击穿电压也在70 kV以上，表明相容性试验过程中，四种变压器油中基本没有水分、杂质或者导电微粒等易导电物质产生，没有受到污染。

图5 四种变压器油老化后击穿电压变化

相容性试验结果表明，三种变压器油的介质损耗因数和击穿电压与参比油样相当。

2.2.2 酸值变化和界面张力变化分析

酸值是变压器油老化的一个关键指标，变压器油的酸性物质包括有机酸、无机酸和一些酚类化合物等。界面张力指的是变压器油和纯水之间的界面所具有的张力，变压器油所含极性物质越少，油分子的极性越小，处于界面上的分子之间的作用力就越小，界面张力就越高。

由图6分析可知，四种变压器油老化后空白油样的酸值不大于0.01 mgKOH/g，低于征求意见稿中不大于0.03 mgKOH/g的要求，试验油样酸值不大于0.012 mgKOH/g，表明相容性试验过程中，四种变压器油中酸性物质产生较少。

图6 四种变压器油老化后酸值变化

由图7分析可知，四种变压器油老化后空白油样的界面张力不小于40 mN/m，高于征求意见稿中不小于38 mN/m的要求，试验油样界面张力均大于38 mN/m，表明相容性试验过程中，四种变压器油中极性物质产生较少。

相容性试验结果表明，三种变压器油的酸值和界面张力与参比油样相当。

2.2.3 溶解气体变化分析

变压器油中溶解气体组分含量的测定，对变压器设备制造、运行是十分重要的检测项目，是变压器出厂检验和运行监督过程中判断变压器设备潜伏性故障的有效手段。由表4数据可知三种变压器油老

化前后的气体组成与4号变压器油性能相当。

图7 四种变压器油老化后界面张力变化

气体组成/μL·L-11号变压器油2号变压器油3号变压器油4号变压器油试验油样空白油样试验油样空白油样试验油样空白油样试验油样空白油样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