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熱門關鍵詞:變壓器油,工業白油,導熱/液壓油

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0 引言
    變壓器油的抗氧化和抗老化性能是變壓器油非常重要的指標,是變壓器油使用等級劃分的重要基礎[1-2],也是變壓器制造商選擇變壓器油的主要依據。變壓器運行過程中產生的故障除自身絕緣問題外,均與變壓器油的抗氧化和抗老化差有著直接的關系。變壓器油在運行溫度條件下,因受溶解在油中的氧氣、電場、電弧及水分、雜質和金屬催化劑等影響,會發生氧化、裂解等化學反應而不斷變質,生成過氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化產物,再經過縮合反應生成油泥等不溶物,這些氧化產物會降低油的絕緣性能,對變壓器的絕緣結構和散熱性能造成致命的影響,因此變壓器油的氧化安定性是保證變壓器長期安全運行的一項重要指標。
1 試驗方法概述
    經典的氧化或老化試驗周期長,且試驗過程操作繁瑣,一直以來人們都希望能有快速的替代方法。目前國內外普遍采用的評價變壓器油氧化安定性的試驗方法按檢測原理可分3類:一類是經典的氧化/老化試驗;另一類是氧化誘導期快速試驗方法,即旋轉氧彈法;第三類是高壓差示掃描量熱快速試驗方法。
1.1 氧化/老化試驗法
    國內氧化安定性評價方法主要有SH/T 0206《變壓器油氧化安定性測定法》、GB/T12580《加抑制劑礦物絕緣油氧化安定性測定法》及NB/SH/T0811—2010《未使用過的烴類絕緣油氧化安定性測定法》;國外有ASTM D2440《礦物絕緣油氧化安定性測定法》、IEC 61125《未使用烴類絕緣油氧化安定性評價法》。這類方法的試驗原理是:規定量的絕緣油樣品在一定長度的銅線催化劑存在下,保持在100℃、110℃或120℃以恒速通入一定量的空氣或氧氣。氧化安定性的程度由測得的氧化一定周期(164h或500h)后的揮發性酸、油溶性酸和沉淀來確定。
    老化試驗法有DL/T429.6、ASTM D1934和DIN51554(Baader老化),其試驗原理是:規定量的絕緣油樣品在一定長度的銅線催化劑存在下,保持在110℃或115℃進行開口杯老化試驗,老化程度由測得的老化一定周期(72h或96h)后的油溶性酸、沉淀和介質損耗因數等來確定。
1.2 旋轉氧彈法
    ASTM D 2112(SH/T 0193)旋 轉 氧 彈 法(RBOT)的試驗原理是:將試樣、蒸餾水和銅線圈放入一個玻璃盛樣器內,然后把它放入氧彈中,氧彈內最初的氧氣壓力為620kPa,再放入140℃的油浴中,以100r/min的速度軸向旋轉。當壓力下降到低于最高壓力172kPa時,結束試驗,記錄油與氧氣的反應時間。試驗方法可用來檢測加抗氧劑礦物絕緣油的氧化安定性。
1.3 高壓差示掃描量熱法
    由于油品的氧化是放熱反應,在差示掃描量熱(DSC)曲線上會呈現一個明顯的放熱峰,因此可利用DSC研究油品的氧化安定性。為更好、更客觀地評價油的氧化安定性,可在高壓氧氣條件下加速油品的氧化速度進行DSC試驗,即采用加壓差示掃描量熱法(PDSC),它具有微量、快速等優點[3]。PDSC法常通過程序升溫來測定起始氧化溫度(IOT),是評價基礎油抗氧化穩定性優劣的一種十分有效的方法[4]。IEC TR 62036可用于絕緣油(變壓器油)氧化安定性的快速評定,其試驗方法是在300b/inch2(絕對壓力)的氧氣氣氛中,使4mg樣品以20℃/min的速率從30℃升至130℃,以2℃/min的速率從130℃升至180℃,然后以1℃/min的速率從180℃升至210℃,測定試樣的起始氧化時間和溫度,起始氧化時間越長和溫度越高,表明樣品的氧化安定性越好。
2 試驗
2.1 主要試驗材料
    試驗材料主要選擇國內用于生產變壓器油的典型基礎油:不同芳烴含量的環烷基基礎油Oil1、Oil2和Oil3,低芳烴含量的石蠟基基礎油Oil4。加劑變壓器油以4種基礎油為原料,分別加入適量的抗氧劑T1、T2、T3和T4而成。其中,抗氧劑T1為酚型抗氧劑,工業品,蘭州三葉石油化工廠生產;抗氧劑T2為硫醚酚型高溫抗氧劑;抗氧劑T3為硫醚酚型高溫抗氧劑;抗氧劑T4為硫酯酚型高溫抗氧劑,T2~T4均為工業品,CIBA公司生產。基礎油樣品的典型性質見表1。
2.2 試驗方法及儀器
    經典的氧化試驗采用NB/SH/T0811和IEC61125C來評定變壓器油的氧化安定性,氧化安定性測定儀型號為K56190,美國KOEHL公司生產。氧化誘導期的快速試驗方法即旋轉氧彈法采用ASTMD2112評定,旋轉氧彈儀(RBOT)型號為K70490,美國KOEHLER生產;差示量熱掃描快速試驗方法采用IEC 61125C評定,高壓差示掃描量熱儀(PDSC)型號為DSC204HP,德國耐弛公司生產。
3 結果與討論
3.1 采用3類方法對比考察變壓器油基礎油氧化安定性
    以4種變壓器油基礎油為試驗原料,分別采用3類氧化安定性評定方法進行試驗,并對試驗結果進行對比分析。
圖1是采用經典的氧化試驗檢測得到的結果。由圖1可知,由于氧化后的產物越少越好,4種基礎油氧化安定性的順序是Oil2>Oil4>Oil3>Oil1。
    圖2是采用旋轉氧彈儀測試得到的結果。氧氣壓力下降得越慢,樣品的氧化安定性越好,由圖2可知,4種基礎油的氧化安定性依次為Oil4>Oil3>Oil2>Oil1。圖3是采用PDSC儀器測試得到的結果。初始氧化時間越長和初始氧化溫度越高,樣品的氧化安定性越好,由圖3可知,4種基礎油的氧化安定性大小依次為Oil4>Oil3>Oil 2>Oil1。
    采用PDSC儀器測試得到的結果與采用旋轉氧彈儀測試得到的結果一致,但與采用經典氧化試驗得到的結果相差甚遠,說明這兩類快速評定方法不適于替代經典氧化試驗法用于基礎油氧化安定性能的評價。
3.2 采用3類方法對比考察含抗氧劑變壓器油的氧化安定性
    以4種變壓器油基礎油為試驗原料,分別加入0.3%的抗氧劑T1,樣品名稱依次為T1 Oil1、T1Oil2、T1 Oil3和T1 Oil4,分別采用3類氧化安定性評定方法進行試驗,并對試驗結果進行對比分析。圖4是采用經典氧化試驗測試得到的結果。由圖4可知,4種基礎油加入相同含量抗氧劑后其氧化安定性的順序是T1 Oil4=T1 Oil3>T1 Oil2>
T1Oil1。
    圖5是采用旋轉氧彈儀(RBOT)測得的結果,由圖5可知,4種基礎油加入相同含量抗氧劑后的氧化安定性依次為T1 Oil4>T1 Oil3>T1 Oil2>T1Oil1。圖6是采用PDSC儀器測得的結果。由圖6可知,4種基礎油加入相同含量抗氧劑后的氧化安定性大小依次為T1 Oil4>T1 Oil3>T1 Oil2>T1Oil1。
對比圖4~圖6的結果,對于不同類型基礎油中加入同一類型抗氧劑后的氧化安定性能評定試驗,經典氧化試驗與旋轉氧彈法(RBOT)和高壓差示量熱掃描法(PDSC)的試驗結果基本一致,這兩類快速評定方法適用于同一類型抗氧劑在不同類型基礎油中抗氧化效果的評價。這是由于加劑變壓器油的氧化安定性主要依靠抗氧劑的抑制作用和消耗速率,而旋轉氧彈法(RBOT)和高壓差示量熱掃描法(PDSC)能夠很好地反應出抗氧劑消耗速率,因此,與經典氧化法的評定結果具有很好的一致性。
3.3 采用3類方法對比考察不同類型抗氧劑對變壓器油氧化安定性的改善作用
    基礎油Oil2是國內生產變壓器油用量最大及性質最典型的樣品,以Oil2為試驗原料,分別加入0.3%的抗氧劑T1、T2、T3和T4,依次命名為T1 Oil、T2 Oil、T3 Oil和T4 Oil,分別采用3種方法考察4種類型抗氧劑的作用效果,試驗結果見圖7~圖9。
    圖7是采用經典氧化法測得的結果。由圖7可知,加入不同類型抗氧劑后變壓器油的氧化安定性順序是T2 Oil>T1 Oil >T3 Oil>T4 Oil,T2 Oil油的氧化生成物最少,T2對油的氧化安定性能改善效果最好,T4 Oil油的氧化生成物最多,T4對油的氧化安定性能的改善效果最差。圖8是采用旋轉氧彈儀(RBOT)測得的結果。
    由圖8可知,T2 Oil油的氧氣壓力下降最慢,T2對油的氧化安定性能改善效果最好,T4 Oil油的氧氣壓力下降最快,T4對油的氧化安定性能的改善效果最差。圖9是采用PDSC儀器測得的結果。由圖9可知,4種油樣的氧化初始氧化時間和溫度非常接近,差異非常小,不能明顯區分T1、T2和T3的抗氧化效果;4種油樣的氧化安定性依次為T2 Oil>T3 Oil>T1 Oil>T4 Oil。總結3類氧化安定性評定方法對4類抗氧劑對氧化安定性的改善效果,T2對提高油氧化安定性的效果最好,T4對提高油的氧化安定性的效果最差。但是,3類氧化安定性評定方法在對T1 Oil和T3 Oil的氧化安定性的提高效果上有不同的結論。因此,對于在同一類型基礎油中考察不同類型抗氧劑的作用效果時,采用PDSC儀器評定法不能明顯區分T1、T2和T3的抗氧化效果,其得到的結論需要慎重考慮,不能作為主要的試驗手段。采用旋轉氧彈儀(RBOT)的評定結果與經典氧化法的評定結果一致性略好,可以作為評定的前期輔助方法。
4 結論及建議
    (1)在變壓器油基礎油氧化安定性能的評定上,旋轉氧彈法(RBOT)和高壓差示量熱掃描法(PDSC)的評定結果與經典氧化試驗結果相差較大,這兩類快速評定方法不適用基礎油的氧化安定性能評價;
    (2)旋轉氧彈法(RBOT)和高壓差示量熱掃描法(PDSC)能夠很好地反應出抗氧劑消耗速率,在考察一種抗氧劑在不同類型基礎油中的抗氧化效果時,其評定結果與經典氧化法的評定結果具有很好的一致性,適用于產品配方方案的初期評價;
    (3)旋轉氧彈法(RBOT)和高壓差示量熱掃描法(PDSC)在考察不同類型抗氧劑的作用效果時,其評定結果與經典氧化法的評定結果有一定偏差,高壓差示量熱掃描法(PDSC)評定的結果不好區分,不適用于產品配方方案的初期評價,而旋轉氧彈法(RBOT)的評定結果與經典氧化法的評定結果一致性略好,適用于產品配方方案的初期評價。
此文關鍵詞:變壓器油,工業白油,導熱/液壓油
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