湖南電網(wǎng)變壓器油族組成和抗氧化劑T501含量分析

劉小玲，常燕，萬濤

(湖南省電力公司科學研究院，湖南 長沙 410007)

變壓器油根據(jù)原油中所含烴類成分的不同，可分為石蠟基、環(huán)烷基和中間基3種變壓器油。變壓器油不僅具有絕緣的作用，還有散熱、滅弧和信息載體的功能，合適的組成才能保證油品的使用性能。適量的芳烴含量可以改善絕緣油的析氣性能，增強絕緣油的氧化安定性。但過量會影響絕緣油電氣性能，降低其脈沖擊穿強度，增加油的吸潮能力，嚴重影響其氧化安定性。烷烴有較穩(wěn)定的化學安定性，高閃點，凝固點高;環(huán)烷烴有高抗爆性，低凝點，流動性好，抗氧化老化性能好〔1〕。變壓器運行時，油溫一般達50～85℃，在與空氣、潮氣相接觸及變壓器中金屬催化劑的作用下，變壓器油發(fā)生氧化反應是不可避免的。如變壓器油具有良好的氧化安定性，可大大減少油中酸性物質(zhì)和沉淀物的出現(xiàn)，從而保證設備安全運行，延長絕緣油壽命和降低維護成本。為此，在絕緣油的生產(chǎn)過程中一般都添加了抗氧化劑，目前使用范圍最廣的是T501(2，6-二叔丁基對甲酚)。但是T501含量過高將影響油品的其他性能，一般控制在0.15%～0.3%。監(jiān)測變壓器油中的抗氧化劑含量，是油質(zhì)監(jiān)督的一項重要工作。

1 族組成和T501含量分析方法

利用Bruker Tensor37紅外光譜儀，根據(jù)參考文獻〔2〕(電力行業(yè)標準)和參考文獻〔3〕(國家標準)對變壓器油族組成和T501含量進行檢測。礦物油中通常有直連烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴3種組分，根據(jù)芳香烴和直連烷烴在1 610 cm－1和720 cm－1波數(shù)時所對應的峰高，代入經(jīng)驗公式，可以得到芳香烴和直連烷烴含量，剩余為環(huán)烷烴。變壓器油和汽輪機油中由于添加了T501抗氧化劑后在3650 cm－1波數(shù)處出現(xiàn)酚羥基伸縮振動吸收峰，該吸收峰的吸光度與T501濃度成正比關系，通過繪制標準曲線，從而求出其在油樣中的質(zhì)量百分含量。通過一次紅外掃描可以同時測定族組成和T501含量，其譜圖如圖1所示。

圖1 變壓器油族組成和T501含量檢測紅外譜圖

2 檢測結果分析及發(fā)現(xiàn)的問題

為了掌握湖南省500 kV主變油、運行20年以上的220 kV主變油及新投運主變油的油基及抗氧化劑含量分布情況，對全省127臺相500 kV主變油、28臺運行20年以上的220 kV主變油及29臺新投運主變油進行了族組成和T501含量分析，結果如圖2，3所示。

圖2 主變油油基分析

根據(jù)烷鏈碳 (Cp)的含量可以將變壓器油分為3類，Cp﹤50%環(huán)烷基;Cp﹥56%石蠟基;Cp為50%～56%中間基，湖南省對于110 kV及以上的變壓器油均要求選用以環(huán)烷烴為主要成分并保留適量芳烴的環(huán)烷基變壓器油。湖南省大部分變壓器油為優(yōu)質(zhì)的環(huán)烷基油，其中2011年新投運變壓器油全部為環(huán)烷基油，500 kV變壓器油質(zhì)量較好，環(huán)烷基油為121臺 (相)，占95.3%，運行20年以上的220 kV變壓器油質(zhì)總體較差，環(huán)烷基油為14臺，僅占50%。

圖3 主變油T501含量分析

油中添加一定量的抗氧化劑可提高油品的抗氧化能力，但過量的抗氧化劑又可能降低油品的析氣性能、老化性能，甚至降低脈沖擊穿電壓和相容性。國際上IEC標準及美國ASTM標準對變壓器油抗氧化劑添加量都有限制，IEC標準最高一類添加質(zhì)量比不超過0.4%〔4〕，美國ASTM標準抗氧化劑添加量最高不超過0.3%，就是為了防止單純依靠過量添加抗氧劑而提高油品抗氧化性能。有資料表明運行中變壓器油T501不能高于0.5%，不低于0.15%，運行中變壓器油T501含量控制在0.3%～0.4%抗氧化性能最好。因此，統(tǒng)計結果中將0.15～0.5%作為正常值。本試驗結果顯示:湖南省大部分變壓器油T501含量正常，其中2011年新投運變壓器油全部正常，500 kV變壓器油正常率為94.5%，運行20年以上的220 kV變壓器油總體情況較差，正常率僅為53.6%。

通過以上檢測，掌握了湖南省500 kV、運行20年以上的220 kV主變油及2011年新投運變壓器油的油基分布及抗氧化劑含量情況，杜絕了不合格的新油進入系統(tǒng)，掌握了運行變壓器油質(zhì)狀況，為變壓器狀態(tài)檢修提供了可靠的基礎數(shù)據(jù)，指導變壓器狀態(tài)檢修工作。

3 處理建議

針對湖南省500 kV、運行20年以上的220 kV主變油及新投運主變油的油基分布及抗氧化劑含量情況，提出下列建議:

1)密切關注抗氧化劑含量偏低的主變運行情況，加強油質(zhì)監(jiān)督。對T501含量低于0.15%的9臺主變和高抗，應加強對上述變壓器油顏色、酸值、水溶性酸及界面張力等的分析，同時還應采用旋轉氧彈法進行油抗氧化性能的檢測，在主變停運檢修時應根據(jù)抗氧化劑含量補加適量的T501抗氧化劑，提高變壓器油抗氧化性能，以確保主變安全穩(wěn)定運行。

2)對運行中油中T501抗氧化劑含量高于0.5%的10臺主變和高抗應加強變壓器油介損、擊穿電壓等電氣性能分析。

3)嚴把新油入口關，杜絕劣質(zhì)油進入系統(tǒng)。我國2005年頒布實施的《運行變壓器油維護管理導則》中對新油和再生油的抗氧化劑含量規(guī)定應不超過0.30%，市場上有些不法商販為了使油品達到某些技術指標，對劣質(zhì)油、再生油采取添加過量的抗氧化劑來達到提高抗氧化性能的目的，因此建議應對110 kV及以上新投運主變油進行油基分布及抗氧化劑含量情況的檢測，保證所購油為環(huán)烷基油，同時抗氧化劑含量在合適的范圍內(nèi)。

4)由于石蠟基油消耗抗氧化劑的速度比環(huán)烷基油快，對檢測結果為石蠟基油的變壓器，應加強抗氧化劑含量的定期監(jiān)測。

5)進行油的吸附凈化處理時，由于抗氧化劑可能會有一部分被吸附，從而降低了油中抗氧化劑的含量，因此需要對吸附處理前后的變壓器油進行抗氧化劑含量檢測，如果處理后的油中T501含量低于0.15%，則需進行補加。

〔1〕肖維學.國產(chǎn)環(huán)烷基超高壓變壓器油的應用及評價〔J〕.湖南電力，2003，23(1):54－57.

〔2〕DL/T 929—2005礦物絕緣油、油潤滑油結構族組成的紅外光譜測定法〔S〕.北京:中國電力出版社，2005.

〔3〕GB/T 7602.3—2008變壓器油、汽輪機油中T501抗氧化劑含量測定法 第3部分:紅外光譜法〔S〕.北京:中國標準出版社，2008.

〔4〕馬書杰，張玲俊，王喜安，等.從IEC 60296變壓器油標準修訂看國內(nèi)外變壓器油產(chǎn)品的發(fā)展趨勢〔J〕.潤滑油，2007，22(2):1-8.