不同油族变压器油以及高温对快速氧化过程的影响研究

雍军，辜超，周加斌，邢海文

不同油族变压器油以及高温对快速氧化过程的影响研究

雍军，辜超，周加斌，邢海文

（国网山东省电力公司电力科学研究院，山东 济南 250003）

采用3种不同的油族变压器油进行闭口杯老化的试验，加入金属裸铜作为催化剂，分别进行140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃、180 ℃5种温度下试验时间为125 h的快速氧化试验，氧化试验结束后测定油品的总酸值、沉淀物含量及介质损耗因数。试验结果表明，不同样品随着温度的升高氧化反应越来越剧烈，且会生成酸性物质以及油泥等沉淀物；不同精制工艺、不同油基的变压器油的自身结构特性也决定了其氧化性能，即加氢油大于环烷基油大于石蜡基油。

变压器油；总酸值；沉淀物含量；介质损耗因数

1 引言

变压器油是从石油中分馏出的一种物质，含直链烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳香烃等烃类的混合物[1]，其中，经过不同的精制反应形成石蜡基变压器油、环烷基变压器油，再经过加氢工艺使得不稳定的烃类物质形成稳定的饱和烃，从而获得氧化性能的变压器油。变压器油容易与空气以及于高温下发生化学反应，在变压器内部材料铜的催化下加速变质，失去原有的绝缘作用[2]。LUNDAARD等人[3]通过研究指出，变压器油-纸绝缘体系在老化过程中会产生低分子酸（分子量小的酸）和高分子酸（分子量大的酸）。低分子酸主要由绝缘纸的老化产生，极易被绝缘纸吸收。高分子酸则主要因变压器油的老化产生，存在绝缘油中，随着变压器运行时间的增长，变压器油中的高分子酸会不断增加，从而导致变压器油的老化加剧，最终影响变压器运行[4]。

变压器油长期在高温运行过程中会产生氧化产物，主要是酸类产物，包括羧酸、羟基酸、酚类、少量的低分子有机酸以及油泥等[5]，这些酸类物质以及油泥等沉淀物对电力设备的金属部件有较强的腐蚀作用，它们会侵蚀电气设备的绝缘材料，降低设备的绝缘性能和机械强度。因此，高温对变压器油的影响是不可忽视的。

通过研究不同油族的结构性能稳定性以及在高温运行中的变压器油的质量变化，便能选择更加优质的变压器油来保证变压器的长期稳定运行。

2 试验材料与方法

2.1 试验材料与仪器

试验材料：石蜡基变压器油、环烷基变压器油、加氢型变压器油、铜丝、快速氧化试验杯。

仪器：DTL油测试仪、奥地利保尔、可控温烘箱、南通沪南科学仪器。

2.2 试验方法

2.2.1 方法概述

采用3种不同的油族的变压器油油进行闭口杯老化的试验。为了满足该温度下的试验条件，加入金属裸铜作为催化剂。分别称取4种油样各250 g、所需铜丝均置于试验杯中，分别进行140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃以及180 ℃5种温度下试验时间为125 h的快速氧化试验，氧化试验结束后按照《未使用过的烃类绝缘油氧化安定性测试法》（NB/SH/T 0811—2010）测定油品的总酸值、沉淀物含量及介质损耗因数。

2.2.2 测试方法标准

变压器油的氧化安定性测试按照标准《未使用过的烃类绝缘油氧化安定性测试法》（NB/SH/T 0811—2010）。介质损耗因数测试按照标准《液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量》（GB 5654—2007）。

3 结果与讨论

3.1 石蜡基变压器油不同温度下的变化规律

不同温度下石蜡基变压器油的氧化数据如表1所示。从表1中的数据可以看出，随着温度的不断升高，石蜡基变压器油的介质损耗因数、沉淀物含量、总酸值都是随之增加，从160 ℃开始的氧化数据超出GB 2536—2011[6]通用型油标准，说明从160 ℃开始，石蜡基变压器油已经开始发生急剧氧化反应以及裂解反应，生成酸类、杂质等物质，从而影响石蜡基变压器油的质量。

3.2 环烷基变压器油不同温度下的变化规律

不同温度下环烷基变压器油的氧化数据如表2所示。根据表2的数据及趋势可以看出，随着温度的不断升高，环烷基变压器油的介质损耗因数、沉淀物含量、总酸值都是随之增加，从170 ℃开始的氧化数据超出GB 2536—2011特殊型油标准，说明从170 ℃开始，环烷基变压器油开始发生急剧化学反应，生成酸类、杂质等物质，环烷基变压器油是以环烷基为基础油，环烷基油通常是含有大量的饱和环状碳链结构分子，可能是五元环、六元环或是它的同系物，也可能是多种环连接在一起的多环结构[7]，因此环烷基变压器油的性能稳定，抗氧化性能优于石蜡基变压器油。

表1 不同温度下石蜡基变压器油的氧化数据表

试验温度/℃介质损耗因数沉淀物含量/（%）总酸值/mgKOH/g 1400.05600.8 1500.0980.11.1 1600.1250.362.1 1700.2390.792.56 1800.5661.033.02

表2 不同温度下环烷基变压器油的氧化数据表

试验温度/℃介质损耗因数沉淀物含量/（%）总酸值/mgKOH/g 1400.04300.7 1500.0850.091.15 1600.1160.31.94 1700.2290.692.28 1800.5540.952.88

3.3 加氢型变压器油不同温度下的变化规律

不同温度下加氢型变压器油的氧化数据如表3所示。由表3的数据可以看出，随着温度的不断升高，加氢型变压器油的介质损耗因数、沉淀物含量、总酸值随之增加，加氢型变压器油所有的氧化数据结果均符合GB 2536—2011通用型油标准。因为加氢型变压器油是经过加氢工艺获得，加氢补充精制可降低基础油中的硫、氮、氧等杂质含量，并通过少量的芳烃饱和，从而改善基础油的光安定性和氧化安定性，因此加氢型变压器油的氧化安定性能优良[8]，且氧化数据优于环烷基变压器油。

表3 不同温度下加氢型变压器油的氧化数据表

试验温度/℃介质损耗因数沉淀物含量/（%）总酸值/mgKOH/g 1400.001 200.02 1500.005 600.10 1600.007 80.040.26 1700.010.070.56 1800.0250.090.89

4 结论

3种试验样品均在随着温度的升高氧化反应越剧烈，造成试样样品油的加速氧化，使得油样的质量变差，生成很多酸类物质和油泥等沉淀物；由于加氢工艺使得基础油中的少量芳烃饱和，形成的单键使得键能增强，双键的键能低于单键的键能，且双键比单键更易断裂，这使得加氢型变压器油本身分子结构稳定，因此加氢型变压器油抗氧化性能优于环烷基变压器油；由于环烷基变压器油，环烷基油通常含大量的饱和环状碳链结构分子，可能是五元环、六元环或是它的同系物，也可能是多种环连接在一起的多环结构，因此环烷基变压器油的性能稳定，抗氧化性能优于石蜡基变压器油。

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［6］中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院，西安热工研究院有限公司，中国石油天然气股份有限公司润滑油分公司，等.GB 2536—2011 电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油［S］.北京：中国质检出版社，2011.

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TM41

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.19.049

2095－6835（2019）19－0120－02

雍军（1971—），男，研究方向为特高压设备运检技术。

〔编辑：王霞〕