第二章 电力用油

第二章电力用油 内容提要 介绍电力用油的分类 化学组成 理化性质 运行油的监督 维护和管理 油浸式电力变压器内部故障的检测等 此外 对用过油的再生也作了简单的介绍 目录 第一节电力用油的分类和质量标准第二节电力用油的理化性质第三节变压器油的作用与维护第四节汽轮机油的作用与维护第五节抗燃油的维护第六节油品的净化及再生 第一节电力用油的分类和质量标准 电力用油通常是指绝缘油 或变压器油 电缆油 汽轮机油及燃料油等 其中的绝缘油和汽轮机油尤为重要 现将其分类及名称列表2 1 变压器油的牌号跟油的凝固点有关 汽轮机油的牌号是根据油品的运动黏度确定的 电力用油的分类 表2 1绝缘油和汽轮机油的分类及名称 表2 2电力用油的分类 电力用油的质量标准 油品的质量标准油品的质量标准 即各种油品的主要物理 化学性质的规格指标 一般可分为国家标准 部颁标准 行业标准 或专业标准 企业标准等 国家标准用 GB 来表示 对于油品的质量标准或各项指标的标准试验方法 通常可用代号 顺序号 批准 或修订 的年代号来表示 例如 国产新变压器油的质量标准为 GB 2536 90年代号 1990年修订 顺序号 国家标准编号 国家标准代号 电力用油的质量标准我国制定的国产新变压器油的质量标准见表2 3 超高压变压器油 新油 的质量标准为SH0040 91 汽轮机油 新油 的质量标准为GB2537 81 断路器油 新油 的质量标准为SH0351 92 表2 3变压器油 第二节电力用油的理化性质 油品的密度油品的粘度和粘温性油品的闪点油品的凝固点和低温流动性油品的水分油品中灰分油品中的杂质油品的氧化安定性油品的绝缘强度和击穿电压 油品的密度 油品的密度油品的密度是指该油品单位体积的质量 其单位为kg m3 常用单位为g cm3 g ml或kg L 由于温度对油品的密度影响很大 所以在使用中应标明温度 油品在t 时的密度用来表示 油品的密度与其化学组成密切相关 对同碳数烃类 芳香烃的密度最大 环烷烃次之 烷烃最小 非烃化合物的密度也较大 当油中混入水分 机械杂质或油品劣化时 其密度将比新油大 油品的粘度和粘温性 油品的粘度油品粘度的含义与其他真实液体相同 即油品的流动速度不仅取决于油品所受的外力 还取决于油品分子之间因摩擦而产生的内部阻力 这种内部阻力的量度称为粘度 显然 粘稠油品粘度较大 1 粘度的表示方法 动力粘度 表示液体在一定剪切应力下流动时内部阻力的量度 其值为所加于流动液体的剪切应力和剪切速度之比 单位是帕 秒 Pa s 运动粘度 表示液体在重力作用下流动时内部阻力的量度 其值为相同温度下 液体的动力粘度与密度之比 即式中 油品在t 时的运动粘度 cm2 s 油品在t 时的动力粘度 g cm s 油品在t 时的密度 g cm 条件粘度 在石油产品中 还常遇到一些条件粘度指标 它们是在规定温度下 规定的仪器中 使一定体积的油品流出 以其流出时间或其流出时间与同体积水流出时间之比作为粘度值 具体的条件粘度有恩氏粘度 雷氏粘度 赛氏粘度三种 目前 运动粘度为世界各国普遍使用 国际上一般用运动粘度对油品进行校核 仲裁检验 2 油品的粘温性及其表示方法 温度对油品的粘度影响较大 温度升高时 油品的粘度减小 反之 则粘度增大 油品粘度随温度变化的这种性质 通常称为 粘温性 目前 衡量油品粘温性的表示方法主要有以下两种 粘度指数VI 这是目前世界各国通用的表示粘温性的指标 粘度指数VI越大 标明粘温性越好 粘度比 即油品在50 的粘度与100 时粘度的比值 比值越小 则该油品粘温性越好 油品的闪点 油品的闪点闪点是指可燃液体的蒸汽与空气的混合物 在接触火焰时 能发生短暂闪光现象的最低油温 一般油品都是达到爆炸下限 但是汽油比较特殊 是达到爆炸上限爆炸 油品的闪点与化学组成 物理条件有关 油品的凝固点和低温流动性 凝固点都是用来表示石油产品低温流动性能的指标 随着温度的降低 油品逐渐变得粘稠 其流动性必然变差 当温度降低到一定程度时 油品可失去正常的流动性 逐渐发生凝固现象 油品的这种特性称作 低温流动性 这将对油品的使用有很大影响 凝固点指石油在规定条件下冷却到液面不移动时的最高温度 表2 4是几种石油凝点和含蜡量的关系 表2 4几种石油凝点和含蜡量关系 油品凝点的高低与含蜡量有直接关系 油品含蜡量越高 凝点越高 油品的凝点越低 则其低温流动性就越好 降凝剂的应用为改善绝缘油的低温流动性 降低其凝点 使油品能在低温下正常运行 除了油品在炼制过程中脱蜡外 还可采用往油品中添加降凝剂的方法 通常只要在油品中加入0 1 1 的降凝剂 就可以使凝点降低10 20 左右 从而使油品能够在低温下正常使用 常用的降凝剂有三种 烷基萘 T801 聚甲基丙烯酸酯 T602 和聚 烯烃 T803 油品的水分 油中的水分有三种存在形态 溶解态 乳化态和游离态 水分混入油中 会使油发生乳化 对汽轮机的润滑和调速都会产生不良影响 致使油的绝缘强度大大降低 直接威胁设备的正常运行 还会使酸值增大 加速金属设备的腐蚀 因此 防止水分进入油系统是十分重要的 油品中的灰分 在规定条件下 一定量的试油完全燃烧后所残留的固体残渣 称为油品的灰分 新油中的灰分主要是在有的加工过程中所残存下来的白土微细颗粒 金属有机物等 对新油检测灰分 可以判断油品的炼制质量 运行中的电力用油 由于腐蚀产物 氧化产物 金属磨损等原因 所含的各种杂质增多 故灰分含量也会增加 测定运行油中的灰分 可判断油品的劣化程度 称量试油50g 准至0 1g 用150 200g溶剂汽油稀释 再用已恒重的滤纸过滤 用溶剂汽油洗涤容器 再用温热乙醇 苯混合液洗涤滤纸至滤液无色为止 而后将滤纸移入称量瓶 在105 110 烘箱内干燥1h 冷却称量 反复干燥至恒重 连续两次重量差不大于0 0004g 为止 滤纸增加质量即为机械杂质的重量 油品中的杂质 油品的抗氧化安定性 油品的氧化和氧化安定性油品在贮存 运输和使用过程中 不可避免地会发生不同程度的氧化 油品的抗氧化安定性是指在一定的实验条件下 油品抵抗氧化作用的能力 油品烃类的氧化产物及其危害油品烃类的氧化产物按其性质归纳为三类 1 酸性产物 羧酸 羟基酸 酚类和沥青质酸等 2 中性产物 过氧化物 醇 醛 酮 酯 胶质 沥青质等 3 水和挥发性产物 油品氧化生成微量的水 以及CO CO2 低沸点烃 低分子酸等以挥发性气态产物 油品氧化产物的危害 腐蚀设备及有关部件 缩短其使用寿命 降低绝缘油和有关设备的电气性能 重者可造成严重的设备和人身事故 增大油品粘度 使油品失去良好的散热 润滑和调速等作用 是机械消耗功率增大 降低汽轮机油的抗乳化性能 加快固体绝缘材料老化等 因此 防止运行中油品的氧化 及时除去其氧化产物是非常重要的 油品的抗氧化添加剂能改善油品抗氧化能力的试剂 称为抗氧化添加剂 简称抗氧化剂 一般对抗氧化剂的要求是抗氧化能力强 不与油起化学反应 油溶性好 不溶于水 对设备无腐蚀性 而且在油使用的温度范围内不发生分解 不蒸发等 目前 抗氧化剂可分为酚型 芳胺型和硫磷型抗氧化剂等三类 油品的绝缘强度和击穿电压 绝缘强度是绝缘油在高压电场下所具有的重要电气特性指标 把绝缘油放在装有一对电极的油杯中 两极加上电压 当电压增大到一定数值时 电流突然增大并产生火花 这一现象即为绝缘油的击穿 这是绝缘油失去了绝缘能力 变为导体 击穿时的电压称为 击穿电压 此时的电场强度称为绝缘油的 绝缘强度 在均匀电场中 绝缘强度和击穿电压有几下关系 式中 E 绝缘油的绝缘强度kv m V 绝缘油的击穿电压kv d 平板电极间的距离m 从上式可知 d值一定 V越大 则E也越大 表明绝缘油的绝缘性能越好 通常用击穿电压来表示绝缘油的绝缘性能 一般新绝缘油的击穿电压在45kv以上 第三节变压器油的维护与监督 变压器油的作用运行变压器油的监督运行变压器油的维护 变压器油的作用 油浸式电力变压器的构造油浸式电力变压器是一种大容量变压器 广泛用于电力系统的输电和配电 它主要由铁芯 线圈 油箱 油枕 绝缘套管 保护装置和冷却系统组成 油浸式电力变压器的主体结构见图2 1 变压器油的绝缘 冷却散热和消弧作用 1 变压器油的绝缘作用 油浸式变压器油箱内的油 可以使各层线圈 线圈与接地的铁芯和油箱之间有着可靠的绝缘 变压器油还能保护绝缘漆 棉纱 绝缘纸等固体绝缘材料不与空气接触 防止其老化而易被击穿 2 变压器油的冷却散热作用变压器在运行中 由于铁芯和线圈产生的铁损和铜损会转化为热能 使变压器各部分温度升高 为了防止温升 就要及时散热 变压器内所产生的热量 正是依靠变压器油的热传导和对流而达到了冷却散热的目的 3 消弧作用 图2 1油浸式变压器 变压器储油柜 防爆管等见图2 32 图2 2变压器防爆管和储油柜 运行变压器油的监督 新油的验收用油单位首次购买新油应确认油的质量 交货验收时应索取油品的检验报告并按规定进行质量验收 运行变压器油的质量标准 监督项目及周期为了保证变压器能安全可靠的运行 运行值班人员 电气人员和化学人员 应密切配合 按GB T7595 2000 运行中变压器油质量标准 运行变压器油的常规检验周期和检验项目 进行检测 并对变压器油和有关部位进行外部检查和监视 运行变压器油的维护 变压器油在运行中有很多维护措施 这里重点介绍几种防止运行油老化的措施 添加抗氧化剂在运行变压器油中 添加抗氧化剂 是一种有效的维护措施 在国内普遍使用T501抗氧化剂 抗氧化剂含量在0 15 3 之间 真空净化新变压器油注入设备前 必须用真空滤油机进行过滤净化处理 使油在高真空和适当温度下雾化 以脱除油中的气体 微量水和其他杂质 这种净化处理适用范围很广 不仅能满足一般电气设备用油的净化需要 而且对高电压 大容量电气设备用油的净化效果尤其显著 呼吸器及密封式储油柜 1 呼吸器呼吸器通常与储油柜配合使用 呼吸器底部常装有油封 充氮保护油封箱 其装置如图2 3所示 2 密封式储油柜它不同于一般的储油柜 在其内部装有橡胶质的密封件 使油和空气隔离 以防外界水分和空气进入而导致有的受潮与氧化 图2 3油封箱式充氮保护 净油器 油连续再生装置净油器是利用吸附剂对油进行连续再生的一种装置 我国规定 对1000KVA以上的变压器一般应装有净油器 温差循环净油器 即热虹吸过滤器 是各界各国广泛采用的一种净油装置 其构造如图2 4所示 变压器安装温差循环净油器是去除水分和酸性组分的有效措施 图2 4温差循环净油器构造 混油和补油1 不同牌号的油品 原则上不宜混合使用 2 补油时最好采用同一油源 同一牌号 统一添加剂类型的油品 避免混合时使油发生化学变化 3 补油时油量大于充油量的5 或设备内运行油的特性指标 PH值 酸值等 接近国际规定的运行油极限时 补油前应先进行油泥析出实验4 进口油或来历不明油与不同牌号的运行油相混合时 应进行各种油样的及混合油样的老化试验 5 混合前的单一油的质量必须合格 第四节汽轮机油的维护与监督 汽轮机油的作用运行汽轮机油的监督运行汽轮机油的维护 汽轮机油的作用 汽轮机供油系统正常运行时 汽轮机的用油是由主油泵供给的 汽轮机的主油泵有容积式油泵和离心式油泵两种 目前多采用离心式主油泵供油系统 图2 5为离心式主油泵供油系统图 汽轮机油的调速 润滑和冷却散热作用 1 汽轮机油的调速作用 运行的汽轮机油是一种液压工质 能够传递压力 通过操纵调速系统的各部件 对汽轮机的运行起到了调速作用 图2 5离心式主油泵供油系统 2 汽轮机油的润滑作用 在机械设备中 两个相互接触而又发生相对运动的部件称为摩擦件 若其间不加润滑剂 则摩擦件之间就会发生干摩擦 使用润滑油后 能使运动中的摩擦件之间形成一定厚度的油膜 使运动机件表面不直接接触 即以润滑油膜的内摩擦代替了机件之间的干摩擦 油在其间起到了良好的润滑作用 3 汽轮机油的冷却散热作用 汽轮机组在高温高速条件下运行 会产生大量的热量 汽轮机油在轴承中循环流动时 能把这些热量带出 达到冷却散热作用 运行汽轮机油的监督 新油的验收用油单位首次购买新油应确认油的质量 交货验收时应索取油品的检验报告并按规定进行质量验收 运行汽轮机油的质量监督运行汽轮机油应按GB T7596 2000 电厂用运行中变压器油质量标准 运行变压器油的常规检验周期和检验项目 中规定的检测项目 检验周期进行全面的检测 同时 化学和汽机的运行人员还应注意监视油的外观 颜色 沉淀 乳化 油温 油压 冷油器水温等 还应掌握吸附剂 添加剂的使用情况 是否需要补加 有无漏水 漏汽 检测项目超值等情况 对上述情况及油质检验数据 汽机操作或油质化验人员均应及时 认真做好记录 运行汽轮机油的维护 运行汽轮机油的维护措施主要包括以下几个方面 1 添加抗氧化剂 2 添加防锈剂 3 油连续再生装置 净油器 4 滤油器 5 检查 清洗油系统 6 防止运行油的乳化 7 离心式滤油机和压力式滤油机离心式 压力式滤油机串联使用如图2 6所示 图2 6离心式 压力式滤油机串联使用 第五节抗燃油的维护 抗燃油的特性抗燃油的监督抗燃油的维护管理 抗燃油的特性 1 抗燃油的基本概念抗燃油顾名思义就是难以自然燃烧的油 它是合成的非矿物油 属于液压油的