馮濤，李軍，馬志遠

(中海瀝青股份有限公司，山東 濱州 256601)

0 引言

變壓器油適用于變壓器、電抗器、互感器、套管等充油電氣設(shè)備，是起到絕緣和冷卻作用的一種絕緣油品[1]。變壓器油要保證變壓器等電氣設(shè)備長期、穩(wěn)定運行，須具備良好的氧化安定性、析氣性等運行特性。氧化安定性主要包括總酸值、油泥、介質(zhì)損耗因數(shù)，良好的抗氧化性能，可以減緩油品的氧化，減少油泥的產(chǎn)生，有利于電氣設(shè)備的長期、安全運行。析氣性是油品在電場作用下，放出或吸收氣體傾向的指標(biāo)。較好的抗析氣性能，可以吸收因局部放電故障產(chǎn)生的氫氣，防止發(fā)生氣隙放電，導(dǎo)致電氣設(shè)備的絕緣性遭到破壞。國標(biāo)GB 2536-2011《電工流體 變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》以及國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296《Fluids for Electrotechnical Applications-Unused Mineral Insulating Oils for Transformers and Switchgear 》[2]中對運行特性的氧化安定性和析氣性均有所要求。其中，國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)對變壓器油中添加劑的種類及添加量的限制逐步嚴苛[3-5]，隨著我國電氣設(shè)備出口量的增大，未來不含抗氧劑變壓器油的市場份額將逐漸增大[6-8]。

本文以中國海油環(huán)烷基餾分油為原料，采用不同工藝制備不同芳烴含量的變壓器油，考察芳烴含量(芳香碳CA)對不含抗氧劑變壓器油氧化安定性及其析氣性的影響，為變壓器油的加工和使用過程提供參考。

1 實驗

1.1 試驗原料

試驗原料為中國海油渤海灣產(chǎn)環(huán)烷基原油餾分油。原料性質(zhì)見表1。

表1 原料油主要性質(zhì)

由表1可以看出：中國海油渤海灣產(chǎn)環(huán)烷基餾分油屬于典型的環(huán)烷基餾分油，具有傾點低、環(huán)烷碳和芳香碳含量高的特點，是制備對低溫性能要求高的變壓器油的理想原料[9-10]。

1.2 試驗裝置及分析儀器

溶劑萃取裝置為沈陽施博達儀器儀表有限公司生產(chǎn)，進料量1.5 kg/h；加氫試驗裝置為北京拓川科研設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)，催化劑最大裝填量200 mL。

礦物絕緣油氧化安定性測定儀為美國科勒公司生產(chǎn)，型號K12190；變壓器油析氣性測定儀為吉林吉分儀器有限公司生產(chǎn)，型號JYXQ2013。

1.3 樣品制備

樣品1采用全加氫工藝(加氫處理-臨氫降凝-補充精制)制備。加氫處理和臨氫降凝采用鉬-鎢-鎳型催化劑，補充精制采用貴金屬催化劑，反應(yīng)壓力15 MPa。

樣品2～7采用加氫脫酸-溶劑精制-白土精制工藝制備。加氫脫酸工藝采用鉬-鎢-鎳型催化劑，反應(yīng)壓力3.2 MPa，反應(yīng)溫度310 ℃；溶劑精制工藝采用糠醛作為溶劑進行逆向萃??；白土精制采用市售白土。通過調(diào)節(jié)溶劑精制過程中的劑油比(1.0∶1～2.8∶1)制備不同芳烴含量的變壓器油。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品性質(zhì)

采用不同工藝制備不含抗氧劑的變壓器油樣品1～7。對樣品進行理化指標(biāo)分析，分析數(shù)據(jù)見表2。由表2可以看出7個樣品均符合GB 2536-2011中最低冷態(tài)投運溫度-20 ℃的理化指標(biāo)要求。為考察不同芳烴含量對變壓器油運行特性的影響，對樣品的氧化安定性、析氣性進行分析。

表2(續(xù))

2.2 芳烴含量對變壓器油氧化安定性的影響

變壓器油的氧化安定性是其重要的運行特性。變壓器油與氧氣有較強的親和作用，在水分、銅鐵等導(dǎo)線材料的催化作用下，發(fā)生氧化反應(yīng)是必然的一個過程。隨著油品氧化程度的加深，會產(chǎn)生酸和酸性物質(zhì)，增加油品的導(dǎo)電能力，降低油品的絕緣性，出現(xiàn)對電氣設(shè)備中銅鐵等金屬材料構(gòu)件的腐蝕，同時腐蝕過程中產(chǎn)生的金屬鹽作為油品氧化的催化劑，進一步加速油品的氧化[11-13]。變壓器油的氧化安定性主要包括氧化后酸值、油泥、介質(zhì)損耗因數(shù),1～7號樣品的氧化安定性情況見表3。

表3 不同芳烴含量變壓器油的氧化安定性(120 ℃，164 h)

由表3可以看出樣品1～7的氧化安定性均符合GB 2536-2011中規(guī)定的要求；當(dāng)樣品的CA值在5%～11.8%范圍內(nèi)，隨著芳烴含量的降低，樣品氧化后的酸值、產(chǎn)生油泥含量、介質(zhì)損耗因數(shù)均呈現(xiàn)出減小的趨勢，油品的抗氧化性能提升，氧化安定性變好；隨著樣品精制程度的進一步加深(CA值在0～5%范圍內(nèi))，代表芳烴含量的CA值不斷降低，樣品氧化后的酸值、產(chǎn)生油泥含量、介質(zhì)損耗因數(shù)均呈現(xiàn)出增大的趨勢，油品的抗氧化性能降低，氧化安定性變差。適度地降低變壓器油中的芳烴含量對其氧化安定性有利，但當(dāng)其CA值小于5%時，變壓器油的氧化安定性反而會變差。不含抗氧劑的變壓器油中的芳烴大多是易被氧化的組分，但同時也能溶解部分氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)及油泥，因此變壓器油中含有適宜的芳烴組分，對其氧化安定性是有利的。

2.3 芳烴含量對變壓器油析氣性的影響

變壓器油的析氣性與油品的化學(xué)組成有較大關(guān)系。變壓器油在電氣設(shè)備中長期運行，會放出一定量的氣體，同時產(chǎn)生X蠟。放出的氣體會進一步電離形成更多的氣體和X蠟， X蠟不溶于油，會影響油品的導(dǎo)熱和絕緣性[14-15]。具有良好析氣性的變壓器油可以吸收運行過程中產(chǎn)生的氣體，保證電氣設(shè)備的長期運行安全。1～7號樣品的析氣性見表4。

表4 不同芳烴含量變壓器油的析氣性

由表4可以看出隨著樣品中芳烴含量的降低，樣品的析氣性數(shù)值逐漸增大，析氣性能變差。芳烴含有一定量的不飽和鍵，可以吸收運行過程中產(chǎn)生的氫氣，故變壓器油隨著精制程度的加深，芳烴含量的降低，析氣性能變差。

3 結(jié)論

(1)以中國海油渤海灣產(chǎn)環(huán)烷基原油餾分油為原料，采用全加氫工藝和加氫脫酸-溶劑精制-白土精制組合工藝均可制備滿足GB 2536-2011要求的變壓器油。

(2)變壓器油的CA值在5%～11.8%范圍內(nèi)，油品的氧化安定性隨著芳烴含量的降低，呈現(xiàn)變好的趨勢；變壓器油的CA值在0～5%范圍內(nèi)，油品的氧化安定性隨著芳烴含量的降低，反而呈現(xiàn)出下降的趨勢。變壓器油的CA值在0～11.8%范圍內(nèi)，油品的析氣性隨著芳烴含量的降低不斷增大，析氣性能變差。

(3)為使不含抗氧劑的變壓器油兼具良好的氧化安定性與析氣性，其CA值應(yīng)保持在5%左右。