两种变压器油氧化安定性测定方法的比较

梁奇瑞 冯心凭,2 邓翠花

1 中国石油化工股份有限公司茂名分公司

2 广东南油石化有限公司

本文使用2种氧化安定性测定方法（SH/T 0206—92和NB/SH/T 0811—2010）分别对石蜡基和环烷基变压器油油样进行了500 h氧化试验。结果表明，NB/SH/T 0811—2010方法要比SH/T 0206—92方法的试验条件苛刻，更加接近变压器油的实际使用情况，可以更好地表征油品的抗氧化性能。

变压器油又称绝缘油，目前主要是以矿物类油为主，多用于变压器和浸油开关等。

变压器在输变电过程中会产生一定的热量，需要通过变压器油在变压器中流动将其热量移走。变压器油在变压器中由于受到空气、电场、金属以及绝缘材料等因素的影响，会发生氧化和裂解等多种化学反应。这些化学反应会导致变压器油逐渐老化，进而产生挥发性的酸性气体以及有机含氧化合物，这些化合物还会进一步生成胶质及油泥，最终导致油品性能老化而影响变压器正常工作。因此，抗氧化性能是变压器油一项非常重要的质量指标。

早在1990年，我国就公布了变压器油产品标准GB 2536—90《变压器油》，替代了GB 2536—81 标准。该标准中规定了氧化安定性质量指标及相应试验方法（SH/T 0206—92《变压器油氧化安定性测定法》）。

2011年，国家公布了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》。该标准将产品细分为变压器油（通用级；特殊级）和低温开关油三种产品规格，规定了氧化安定性质量指标及相应试验方法（NB/SH/T 0811—2010《未使用过的烃类绝缘油氧化安定性测定法》）。

GB 2536—90和最新的GB 2536—2011标准使用了不同的试验方法测定油品的氧化安定性能，为此有必要弄清楚两种试验方法究竟有何不同、哪种试验方法更加苛刻、试验结果是否有关联性等问题。本文分别用SH/T 0206—92和NB/SH/T 0811—2010方法对几种变压器油油样进行了氧化试验。

试验方法的比较

方法概要

SH/T 0206—92

SH/T 0206—92是参照采用国际电工委员会标准IEC 74—1963(1974)《评定绝缘油氧化稳定性的方法》制定的。该方法是在铜催化剂存在下，将25 g试样置于110 ℃（不含抗氧剂的试样100 ℃）油浴内，连续通入氧气（氧气流量1.0 L/h±0.1 L/h）164 h，试验结束后测定其生成的沉淀物质量和油样酸值。

NB/SH/T 0811—2010

NB/SH/T 0811—2010是 修改采用国际电工委员会标准IEC 61125—1992《未使用烃类绝缘油氧化安定性评价方法》（英文版）制定。该方法是在铜催化剂存在下，将25 g试样置于120 ℃油浴内，连续通入空气（空气流量0.15 L/h±0.015 L/h）164 h，氧化安定性改善后的油品可以采用168 h的倍数，500 h适合于大多数的商品油。通过测定氧化后油品的挥发性酸值、油溶性酸值和沉淀物含量来评价抗氧化能力。

所对应产品标准的氧化安定性质量指标

GB 2536—90 和 GB 2536—2011中的氧化安定性的质量指标对比见表1。

由表1可见，GB 2536—2011标准与GB 2536—90相比有几点不同：

◇将挥发酸的累计酸值并入试验后油样测得的酸值。

◇按照添加抗氧剂的加入量确定试验时间，可以细分对抗氧剂加入量有明确要求的产品品质。

◇将变压器油产品细分为通用和特殊两种，可以满足不同的质量需求。

主要控制条件对比

两种试验方法主要控制条件对比见表2。

从表2可见，NB/SH/T 0811—2010 与SH/T 0206—92相比有几点不同：

◇使用空气取代氧气，通气量约减小到老方法的1/7；

◇铜丝以表面积计算，比SH/T 0206—92大了约3倍；

◇氧化温度比SH/T 0206—92提高了10 ℃；

◇增加了水吸收管测定酸值得出油品氧化诱导期，挥发性酸值并入油品总酸值，提高了酸值通过的苛刻度。

◇氧化试验时间按加入抗氧剂的情况，定为164 h、332 h、500 h或更长。

氧化安定性试验

选用中国石油化工股份有限公司茂名分公司加氢精制的基础油为原料，分别按不同比例加入T501抗氧剂；选用市购的25号环烷基变压器油作为参比油分别采用2种方法进行氧化安定性试验。为了更好地比较2种试验方法，本文在采用SH/T 0206—92试验时增设了水吸收管，定期测量挥发性酸值。试验样品编号及添加剂加剂量见表3。

表1 两种变压器油产品标准中的氧化安定性质量指标对比

表2 两种试验方法主要控制条件对比

由于1～5号样品都是同一种石蜡基加氢基础油，仅是抗氧剂含量不同而已，所以仅对其中3号以及环烷基6号进行了理化性能测试，质量指标参照GB 2536—2011中的最低冷态投运温度为-10 ℃的变压器油，结果见表4。

表3 样品编号及添加剂加剂量

表4 3号和6号样品理化分析结果

结果及讨论

酸值

挥发性酸值

SH/T 0206—92方 法 测 定的各油样挥发性酸值见图1。NB/SH/T 0811—2010方法测定的各油样挥发性酸值见图2。

由图1可见，6号环烷基变压器油样挥发性酸值前期增加比较迅速，334 h达到0.1mgKOH/g，之后增长缓慢。1号未加抗氧剂油样470 h时挥发性酸值是0.03 mgKOH/g，500 h试验结束时突升到0.07 mgKOH/g。其他油样的挥发性酸值都很小，且增加缓慢。164 h时，没有一个样品的挥发性酸值达到0.1 mgKOH/g（氧化诱导期指标），即使增加到500 h，也不能测得石蜡基油的氧化诱导期。

由图2可见，6号环烷基变压器油样品301 h挥发性酸值突升至0.13 mgKOH/g后增加缓慢，试验结束时为0.20 mgKOH/g。1号不加抗氧剂油样和2号含0.1%抗氧剂油样，挥发酸值分别在373 h和349 h达到0.1 mgKOH/g。NB/SH/T 0811—2010方法有3个油样的挥发性酸值达到了0.1 mgKOH/g，说明其比SH/T 0206—92方法苛刻。

总酸值

500 h氧化试验后各油样的总酸值见表5。

图1 SH/T 0206—92方法测定的各油样总挥发性酸值

图2 NB/SH/T 0811—2010方法测定的各油样挥发性酸值

由表5可见，1号油样采用NB/SH/T 0811—2010方法测定的油溶性酸值比SH/T 0206—92方法大很多，说明其更苛刻。试验结束时，6号油样的油溶性酸值很低，所以总酸值仍可达到特殊级变压器油质量指标要求。加抗氧剂的石蜡基油样总酸值都达到了特殊级变压器油质量指标要求。

试验后油样颜色及沉淀物

2种方法500 h试验结束后的油样外观分别见图3、图4。

由图3、图4可以看出，仅1号未加抗氧剂油样颜色变深外，其他油样都是浅黄色，NB/SH/T 0811—2010方法的油样颜色相对都要比SH/T 0206—92方法的更深。

2种方法500 h氧化试验后的沉淀物含量见表6。

从表6可见，使用SH/T 0206—92方法，除1号未加抗氧剂油样外，其他含抗氧剂的油样沉淀物含量均可达到指标要求。使用NB/SH/T 0811—2010方法，2号油样只能达到通用级指标要求，达不到特殊级指标要求，3～6号油样可以达到特殊级指标要求。

试验后的铜丝

2种方法500 h试验结束后的铜丝外观分别见图5、图6。

表5 500 h氧化试验后的总酸值

图3 SH/T 0206—92方法500 h试验后的油样

图4 NB/SH/T 0811—2010方法500 h试验后的油样

由图5、图6可以看出，500 h氧化试验后，SH/T 0206—92方法的铜丝颜色呈紫红色，发亮；NB/SH/T 0811—2010方法的铜丝颜色变暗。对两次氧化试验所用铜丝试验前后都进行了称重，未发现铜丝质量有明显变化。

介质损耗因数

本次试验各种样品都是单样，试验后的样品量很少，没有进行介质损耗因数的测试。

结论与建议

◇变压器油在实际使用中仅接触少量空气，而不是大量的氧气，所以新方法更加接近于变压器油的实际使用。

表6 500 h氧化试验后的沉淀物含量

图5 SH/T 0206—92方法500 h试验后的铜丝

图6 NB/SH/T 0811—2010方法500 h试验后的铜丝

◇ NB/SH/T 0811—2010方法使用空气，通气量仅是SH/T 0206—92方法氧气量的1/7，铜丝表面积则是SH/T 0206—92方法的约3倍，油温从SH/T 0206—92方法的110 ℃提高到了120 ℃。由试验结果可见，对于T501抗氧剂，提高氧化温度10 ℃并且增加铜丝表面积3倍，要比使用通气量大了7倍的氧气试验条件还要苛刻。

◇从本试验结果可以看出，石蜡基样品的挥发性酸值较小；而环烷基样品的沉淀物含量较小。

◇SH/T 0206—92方法对于目前的基础油质量情况来说，控制条件过于缓和，即使将氧化试验的时间增加到500 h，也测不到石蜡基油样品的氧化诱导期。而使用NB/SH/T 0811—2010方法，可以测得不含或低含量T501抗氧剂的石蜡基油样的氧化诱导期，实用性更好。