變壓器油處理的環(huán)保和效益分析

任喬林，肖 灑，任貝婷，肖亞平，黃旦莉，陳 黎

（1．國網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝感432000；2．國網(wǎng)湖北省電力有限公司隨州供電公司，湖北 隨州441300；3．三峽大學，湖北 宜昌443002）

0 引 言

目前，隨著國家對環(huán)保要求越來越嚴格，國內(nèi)各發(fā)供電單位變壓器廢舊油再生處理工作蓬勃開展，對高硫含量變壓器油研究加速。當變壓器油老化時，油的粘度增高，會嚴重影響脫硫吸附劑的處理效率［1，2］。本文采用自制的載銅吸附劑（XDK?型系列吸附劑），對某核電站的劣化變壓器油進行再生處理，再生油的各項性能符合國家變壓器油標準，但是經(jīng)過負荷運行后發(fā)現(xiàn)再生油脫硫不徹底，硫腐蝕反彈時間短，需要增加再生處理的頻次。IEC最新標準對潛在硫腐蝕性、總硫含量有要求，要求檢測不出鈍化劑、DBDS（二芐基二硫）；我國變壓器油標準也對此作了相應(yīng)修訂。由于使用環(huán)境的特殊性，變壓器對于再生油的品質(zhì)要求高，除了總硫含量和硫腐蝕性，還要將金屬離子含量、介損、體積電阻率、絕緣性、老化速度等系列指標納入研究范圍，需要在變壓器的較長周期的實際使用中對吸附劑再生效果進行系統(tǒng)評價［3，4］。

1 材料與方法

1.1 主要實驗試劑

表1 實驗試劑

1.2 設(shè)備和材料

表2 實驗設(shè)備和材料

1.3 XDK?吸附劑與納米載銅活性炭聯(lián)合吸附劑對硫腐蝕劣化變壓器油的吸附

取具有嚴重腐蝕性硫的變壓器油樣200 g，按油重的10%加入脫硫吸附劑和3%XDK?吸附劑浸泡，在同一吸附條件下：油樣溫度為70℃，吸附時間為48 h；所得油樣過濾后通過ASTMD16。

2 變壓器油處理案例分析

2.1 某水電站高介損高硫含量變壓器油聯(lián)合處理結(jié)果分析

2015年9月，對某水電廠2＃主變76．8噸ABB絕緣油進行了簡化分析試驗，其中水分、擊穿電壓等項目均符合GB／T7595－2008《運行中變壓器油質(zhì)量》要求的質(zhì)量標準，但是介損達到2．17%，體積電阻率3×1010Ω．·m；采用XDK?吸附劑對變壓器本體循環(huán)過濾后，對2＃主變絕緣油進行了簡化分析試驗，其中水分、擊穿電壓、水溶性、酸值、閃點、界面張力、含氣量等指標均符合GB／T7595－2008《運行中變壓器油質(zhì)量》要求的質(zhì)量標準。體積電阻率升至11．3×1010、介損降低到0．18%。經(jīng)過本次處理的變壓器達到投運前變壓器油標準。

2015年12月，剩余的37噸ABB變壓器油（儲存在大罐內(nèi)）進行吸附處理，條件：3%吸附劑、48 h、50℃，得到的變壓器油介損降低到0．01%，其他指標均合格。2016年1月，將處理后的油樣送石油權(quán)威部門試驗，經(jīng)試驗后的腐蝕性指標結(jié)果滿足IEC62535標準要求。通過變壓器吸附處理，進口變壓器介損合格，節(jié)約了大量購買新油的費用，保護了環(huán)境。對該電廠變壓器油樣（大油罐，本體下部取樣閥處取樣）通過ASTMD1275－2003（B法）進行絕緣油硫腐蝕性測試，對比ASTMD銅腐蝕標準，變壓器油罐硫腐蝕測試結(jié)果是4a，變壓器油已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的硫腐蝕性。使用XDS型吸附劑處理后，變壓器油的硫腐蝕性降低到3a，相對于原油（4a）的硫腐蝕性有明顯的降低，屬于無腐蝕區(qū)。總硫降到接近1500的標準，用WK－2E型微庫侖綜合分析儀測量其總硫含量：成功地將清江隔河巖水電站的＃1－＃4主變ESSO變壓器油含硫量從1 896 mg／L降至1 128 mg／L；處理后油腐蝕性硫通過IEC62535方法測量為非腐蝕性。

可以看出，變壓器油經(jīng)過聯(lián)合吸附處理后，介損、硫含量和腐蝕性均達標，避免了換油，為國家為企業(yè)節(jié)約了大量石油資源。

2.2 某變壓器公司鈍化劑和DBDS抗氧化劑處理

2016年1月，接到某變壓器公司要求，因為香港某公司按照IEC國際標準要求，不能含有DBDS和鈍化劑，所以需要對含有鈍化劑和DBDS的運行油進行處理。

本課題組在湖北工程學院協(xié)助下，研制了索氏試劑DBDS脫出劑。10 g固體氫氧化鈉加入50 ml分子量400（或1000）的乙二醇中，加熱到80℃，直到完全溶解，得到棕色的樣品，見圖1。左邊為PEG－400（油狀液體，粘度很大），右邊為PEG－1000（固態(tài)，有結(jié)晶現(xiàn)象）。加入500 ml變壓器油（DBDS含量為117 ppm）溫度升至120℃，然后逐漸降低溫度到80～120℃，處理60 min后分別取樣（處理后的樣品為黃色的液體變壓器油，需要進一步做脫色處理），并進行油品中DBDS含量測試。沒有檢測到DBDS。由測試結(jié)果可知，此方法能有效除去DBDS。

圖1 油處理實驗圖

2.3 某核電站對高硫含量變壓器油的處理

某核電站發(fā)電廠變壓器，主變額定容量為1 125 MVA，由三臺375 MVA的單相變壓器組成，變比為26 kV→400／500 kV（420／525 kV），由英國 GEC公司制造，1988年出廠，冷卻方式為強油風冷，開放式運行。其每相變壓器油體積92 m3，油枕油7 m3，主變油由英國 CARLESS ROFINING AND MARKETING LTD公司提供，產(chǎn)品牌號為：TRANSOIL1，為環(huán)烷基型礦物絕緣油，油中不含抗氧化抑制劑，滿足英國BS148－1984標準（目前該標準已經(jīng)升級為BS148－1998）。

從1999年開始采用孝感供電公司的XDK?吸附劑進行油吸附處理降低介損，取得了較好的效果。但是2010年經(jīng)IEC62535方法檢測為腐蝕性，經(jīng)過與CARLESS ROFINING AND MARKETING LTD 公司聯(lián)系購買新油補充，其新油為非腐蝕性，采用新油加入吸附后對變壓器油進行補充。然而2012年后此變壓器油廠停產(chǎn)，考慮到?jīng)]有新油補充，只好將約720噸變壓器油全部作廢賣掉。

2.4 對某工廠變壓器油的真空濾油

2017年1月，接到云夢縣大展鋼廠的任務(wù)，對工廠的三臺變壓器共20多噸油進行真空濾油工作，其中包括 2 個10 kV、6 500 kVA的 變 壓 器 油 6 噸 和550 kVA的變壓器油5噸，一個35 kV、14 000 kVA的變壓器油14噸。這20多噸變壓器油中H2含量濃度有150 PPM，并且CO、CO2含量也超出標準；經(jīng)過真空濾油等一系列處理后，其各項指標均降至合格范圍，該變壓器油得到重新利用，無需重新購買新油替換。

2.5 某換流站變壓器油的處理

西安西電政平一500 kV換流站有廢棄變壓器油共36噸，介損等指標均不合格。經(jīng)使用孝感供電公司的XDK?吸附劑進行油吸附處理后，變壓器油的介損值降到了0．036%，耐壓等級提升到了60 kV，微水含量降至10，達到變壓器油使用標準。

2.6 某變電站變壓器油的回收處理

彭灣變電站有不合格的廢棄變壓器油15噸，經(jīng)測試得到該廢棄變壓器油的介損值高達3．5%，微水量達19，經(jīng)色譜分析檢測變壓器油中CO2含量高達200，耐壓值為40 kV。指標不合格的變壓器油，繼續(xù)在變壓器中使用存在很大的風險。將這些廢棄的變壓器油回收，在油處理中心經(jīng)過吸附處理后，變壓器油的介損值大大降低，至0．2%，微水值也降至11，CO2含量降至100，耐壓值提高到60 kV。均符合 GB／T7595－2008《運行中變壓器油質(zhì)量》要求的質(zhì)量標準。

3 環(huán)保效能分析

在2．1節(jié)中對某水電站的4臺機組進行測試，有兩臺已出現(xiàn)明顯腐蝕現(xiàn)象，一臺出現(xiàn)輕度腐蝕，表明在變壓器油中硫腐蝕現(xiàn)象已大量存在，解決變壓器油的硫腐蝕問題能大大延長變壓器油的使用壽命。我們通過不同方法對ASTMD銅腐蝕標準等級為4a的變壓器油進行處理，其中載銅活性炭處理的方法效果最好。根據(jù)其他幾個對變壓器油的處理案例可以看出，通過XDK?等吸附劑對廢油進行吸附處理，都可以大大降低變壓器油的介損值。通過真空濾油等一系列處理方式，可以大大提升變壓器油的性能，降低廢油中的微水和雜質(zhì)含量，包括H2、CO和CO2等，提高變壓器油的耐壓值和絕緣性能。通過對不合格變壓器油的處理，可以提高變壓器油的各項性能指標，達到GB／T7595－2008《運行中變壓器油質(zhì)量》要求的質(zhì)量標準，繼續(xù)投入使用，達到變廢為寶的目的。節(jié)約大量資源，同時也避免了腐蝕性油對環(huán)境的污染。

4 效益分析

4.1 環(huán)保生態(tài)效益分析

在能源資源吃緊、生態(tài)環(huán)境嚴峻的今天，節(jié)能環(huán)保已成為一個熱點問題，在社會飛速發(fā)展的情況下降低生態(tài)壓力是今后科學研究的一個大方向。中國人口眾多，資源相對不足，要實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展，必須走節(jié)約資源的道路。近年，我國大力提倡綠色環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展，面對嚴峻的環(huán)境形勢，國家在“十一五”規(guī)劃中專門明確了節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策，并提出了建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會的目標。對廢舊變壓器油的回收再利用符合國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，經(jīng)過吸附劑處理后的廢舊變壓器油可以重獲新生，再次利用減少新油的使用，節(jié)約了資金和能源，減小了能源壓力，同時廢舊變壓器油的再利用也避免了其自身對環(huán)境的污染。

廢舊變壓器油分類收集再利用的關(guān)鍵技術(shù)及其成套設(shè)備的應(yīng)用產(chǎn)生了可觀的生態(tài)效益。對于生態(tài)效益的評價，學術(shù)界往往從原材料強度指標、能耗強度指標、污染物排放指標等方面進行。根據(jù)現(xiàn)有的評價理論，在績效評價相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上，對于廢舊變壓器油品回收再生的特殊性，借鑒綠色物流評價理論與方法，建立了如圖2所示的生態(tài)效益評價指標體系。

根據(jù)圖2的評估指標，以2003年的《排污費征收使用管理條例》（國務(wù)院令第369號）為基準進行變壓器油處理的生態(tài)效益核算：在廢舊變壓器油品再生項目實施的近三年（2014～2016年）里，共處理變壓器油2 280噸，其中2014年到2016年產(chǎn)值能耗分別為1 028噸、1 085噸和1 142噸標準煤，按照2016年標準煤均價550元／噸，效益為179．025萬元。水質(zhì)污染當量數(shù)分別為7 200 000、7 600 000和8 000 000，按照油污染水排污費0．7元／污染當量計算，效益為1 596萬元。土壤污染度分別為1 028噸、1 085噸和1 142噸，按照土壤油污染排污費75元／噸計算，效益為24．2775萬元。固體污染度分別為36噸、38噸和40噸，按照油污染固體排污費0．1萬元／噸計算，效益為11．4萬元。大 氣 污 染 當 量 數(shù) 分 別 為1 526 400、1 611 200和1 696 000，按照廢氣吸附排污費0．6元／污染當量計算，效益為483．36萬元?？傆嫳卷椖慨a(chǎn)生的生態(tài)效益為2 294．0625萬元。

圖2 生態(tài)效益評價指標體系

4.2 經(jīng)濟效益分析

近年來社會用電量不斷增加，電網(wǎng)建設(shè)也隨之不斷加快，絕緣油設(shè)備數(shù)量大幅增加，絕緣油回收處理工作也逐步顯得重要。據(jù)統(tǒng)計，就湖北省電力公司2015年管理及代維的500 kV、220 kV、110 kV變電站，就有八百多座，絕緣油設(shè)備中所擁有的絕緣油大約13 405噸。按照絕緣油設(shè)備大修期為10～15年計算，每年需要更換絕緣油約894噸，按現(xiàn)有價格計算購買新油，每年約需800萬元。若將這些廢棄變壓器油回收處理再利用，每噸處理費約5 000元，回收中心每年系統(tǒng)內(nèi)廢油處理費約447萬元。就湖北省而言，利用變壓器油回收再利用技術(shù)處理每年就可以節(jié)約幾百萬的資金。如若在全國大力推行使用變壓器油再生技術(shù)，可以大大節(jié)約成本，減少資金投入。

5 結(jié) 論

（1）XDK?吸附劑與脫硫劑聯(lián)合處理再生變壓器油的方法，能夠達到降低廢舊變壓器油硫含量以及介損的目的，達到環(huán)保節(jié)能效果，節(jié)約大量的石油資源，為電力油務(wù)中心的環(huán)保效益開發(fā)提供了很好的借鑒。

（2）各發(fā)供電電力用油使用單位由于歷史的原因，會產(chǎn)生大量廢舊變壓器油，我們完全可以針對性地采取措施，解決變壓器油被廢棄而污染環(huán)境的命運；建議電力用油單位加大環(huán)保力度，做好收集和分類基礎(chǔ)工作，從而加強危險廢物規(guī)范處置。

（3）XDK?吸附劑與脫硫劑聯(lián)合處理再生變壓器油的方法可以用于現(xiàn)場油處理。本課題組三年以來，處理變壓器油2 280噸，直接經(jīng)濟效益3 420萬元，生態(tài)效益2 294．0625萬元，總計5 714．0625萬元。

（4）采用XDK?吸附劑可以吸附掉鈍化劑、除掉DBDS。確定堿法除去絕緣油中DBDS的試驗時間，并用活性白土進行脫色處理，從而確定絕緣油吸附工藝，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計出新型絕緣油再生設(shè)備。

（5）按油重3%XDK?吸附劑和油重10%脫硫劑加入到廢舊變壓器油中來進行處理，能夠有效地脫除油樣中的腐蝕性硫，使油樣的腐蝕性從4a級（腐蝕區(qū)）降低到2a級（無腐蝕區(qū)）。達到IEC有關(guān)變壓器油總硫和腐蝕性硫標準要求，從而使廢舊油環(huán)保再利用。利用變壓器油回收再利用技術(shù)處理，每年就可以節(jié)約幾百萬的資金，經(jīng)濟效益可觀。