电力用油概述

第二章电力用油内容提要：

介绍电力用油的化学组成、炼制、理化性质和使用性能，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化学组成第二节电力用油的性质及其使用性能第三节电力用油的维护与监督第一节电力用油的化学组成电力用油的炼制电力用油的化学组成电力用油的质量标准电力用油的炼制石油的烃类组成

在常温下，天然石油大部分是流动或半流动的粘稠液体，颜色多为黑色或深棕色，少数为暗绿、赤褐或黄色，并且具有特殊的气味。密度小于水。主要元素是碳和氢，二者约占96%~99%。

(1)石油中的烃类化合物石油中的烃类化合物包括烷烃、环烷烃、芳香烃、熔点较高的固体烃，还有少量混合烃，多为饱和烃。(2)石油中的非烃类化合物该类化合物主要包括硫、氮、氧的有机化合物、胶质和沥青质等，一般在石油中占10~20%。电力用油的加工程序

从油田开采出来的原油加工成电力用油的工艺过程，主要包括润滑油馏分的制取、馏分油的精制、电力用油的调合等三个工序。

(1)馏分油的制取

原油经过沉降、脱盐、脱水后，在进行常压和减压蒸馏，把石油分馏成若干个馏分。又按一定的沸点范围把各馏分归纳为汽油馏分、煤油馏分、柴油馏分、润滑油馏分四个部分。(2)馏分油的精制

变压器油、汽轮机油等电力用油，与一般工业润滑油的来源相同，皆是从润滑油馏分精制而成，常用的精制方法有：硫酸精制、溶剂精制、加氢精制、脱蜡、白土补充精制等。

(3)电力用油的调合

调和是生产电力用油的最后一道工序。该工序根据不同型号的油品在粘度、凝点等性能的不同要求，将精制后的几种润滑油基础油馏分，按不同的配比泵入调合罐，然后再根据要求加入各种添加剂(如抗氧剂等)充分混合均匀进行调合。经检验合格即可得到商品电力用油(成品油)。电力用油的化学组成电力用油的化学组成

通常，石油及其馏分的化学组成是用不同种类的烃类含量来表示。例如，石油润滑油馏分脱蜡后的烃类组成(m%)见表5-1，电力用油的化学组成与其相似。

电力用油是来自高沸点的润滑油馏分，其分子中碳原子数相应增多，平均分子量增大，一般在300~500左右。电力用油组成的结构特点是：饱和烃的含量最多，约占60%以上，其次为芳香烃，约占30%以上，而且具有混合结构的烃有所增加。

表5-1石油润滑油馏分脱蜡后的烃类组成(m%)

样品序号沸点范围(℃)饱和烃单环芳烃双环芳烃多环芳烃1#350-50072.910.08.68.52#350-50061.215.111.212.5各种烃类对电力用油性质的影响

和其他物质一样，电力用油的物理、化学性质取决于它的化学组成和结构，而油品的性质应满足其使用中的性能要求。

不同烃类对油品性质的影响见表5-2。

液态烷烃、环烷烃，少环长侧链的环烷烃或芳香烃等是电力用油的理想组分；高分子正构烷烃，多环短侧链的环烷烃或芳香烃，不饱和烃及非烃化合物等是电力用油的非理想组分。电力用油的分类电力用油的分类见表5-3。表5-2不同烃类对油品性质的影响

烃类密度闪点粘度粘温性低温流动性化学安定性抗氧化性烷烃正构小低最好(液态)差(高分子)好异构高好差(分支多)环烷烃少环中中好(长侧链)好好多环差(短侧链)差(多侧链)芳香烃少环大高好(长侧链)中好多环差(短侧链)差(长侧链)表5-3

电力用油的分类类别组别牌号代号名称符号电气用油(D)变压器油B10号变压器油25号变压器油45号变压器油DB-10DB-25DB-45断路器油U电缆油L38kv电缆油66kv电缆油110kv电缆油DL-38DL-66DL-110润滑油(H)汽轮机油U20号汽轮机油30号汽轮机油45号汽轮机油55号汽轮机油HU-20HU-30HU-45HU-55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5-4。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5-4

变压器油第二节电力用油的性质及其使用性能油品的密度油品的粘度和粘温性油品的倾点、凝点和低温流动性油品的闪点、燃点和自燃点油品的抗乳化性能和破乳化度油品酸值、水分和水溶性酸或碱油品中的机械杂质、游离碳和灰分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。油品密度的测定及应用

我国测定油品密度的方法主要有两种：密度计法和比重瓶法。

密度计法测定装置简便、快速，易于操作，广泛地用于实验室和现场的质量监控。

比重瓶法精密度较高，通常用于油品化学组成的全分析、油品性能的改进及新油品的研制。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

①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)。

②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。③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：

①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。试油的粘度指数计算公式为：

式中：VI——试油的粘度指数；

U——油样在37.8℃时的粘度，mm2/s；

L——差基准油在37.8℃时的粘度，mm2/s；

H——好基准油在37.8℃时的粘度，mm2/s。

②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。

(3)粘度的测定及应用

最常用运动粘度测定法是毛细管粘度计法。运动粘度的计算公式为：

式中：——油样在温度t℃时的运动粘度，mm2/s;——毛细管粘度计常数，mm2/s2；

——一定体积油样的平均流动时间，s。

为了增加油品的粘度和改善油品的粘温性，可向油品中添加少量粘度指数改进剂。目前我国比较常用的粘度指数改进剂是聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯。油品的倾点、凝点和低温流动性

倾点、凝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。这将对油品的使用有很大影响。倾点和凝点

(1)倾点

指试油在规定的条件下冷却时，能够流动的最低温度，以℃表示。

(2)凝点指试油在规定条件下冷却到液面不移动时的最高温度。

表5-5是几种石油凝点和含蜡量的关系。表5-5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。油品在低温下失去流动性的原因

油品在低温下失去流动的影响因素较为复杂，主要有以下两种情况。

含蜡量%28.611.838.32.04凝点℃2414－9－50(1)结构凝固(主要原因)：

对于含蜡较多的油品，随温度的降低，其中正构烷烃等高熔点烃类以片状或针状结晶析出，逐渐长大，并进而连接形成立体网状晶体结构，把此时尚处于液态的油包在其中，形成凝胶体，从而使整个油品失去流动性，这就是所谓结构凝固。

(2)粘温凝固：

对于含蜡很少的油品，当温度降低时虽然尚未有结晶析出，但由于其分子中环状结构较多，在低温下其粘度大幅度增加，直至过于粘滞形成凝胶体而丧失流动性，即称为粘温凝固。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α-烯烃(T803)。油品的闪点、燃点和自燃点

石油产品可作为燃料，一般液态油品又是极易着火的物质。因此，研究它们与燃烧、爆炸有关的性质，即闪点、燃点和自燃点，对油品贮运和使用的安全都有着重要意义。油品的闪点

闪点是指油品在规定的条件下，加热到其油蒸气和空气的混和气与火焰接触发生瞬间闪火时的最低油温。油品的燃点和自燃点

油品达到闪点后，继续加热将继续闪火，直至外界引火后，火焰燃烧并至少持续燃烧5秒钟时的最低温度称为油品的燃点。

若达到闪点后，继续加热油品，不用外界引火，因温度较高，油品会剧烈氧化而产生火焰自行燃烧的最低油温，称为油品的自燃点。油品闪点的测定与应用

闪点的测定方法可分为开口杯法和闭口杯法。采用哪种方法，主要取决于油品的性质及使用条件。油品的危险等级

油品的危险等级也是根据闪点来划分的。闪点在45℃以下为易燃品，45℃以上为可燃品。在贮运和使用中，严禁将油品加热到它的闪点，加热的最高温度一般应低于闪点20~30℃。油品的抗乳化性能和破乳化度油品的抗乳化性能

抗乳化性能一般指油品本身抵抗油水乳化液形成的能力。抗乳化能力的大小，通常以油水乳化液分层的快慢——破乳化度来表示。

破乳化度是评价汽轮机油抗乳化性能的质量指标，又称破乳化时间。

乳化液的形成

一种液体在另一种不相溶的液体中被分散成细小粒子，称作乳化。

例如，油和水是不相溶的，但加入某种表面活性剂，是一方分散于另一方中，则形成乳化液。这种表面活性剂被称为乳化剂。

油与水的乳化液可分为两种：一种是以水为连续相，油为分散相，称为水包油型乳化液(O/W)；另一种是以油为连续相，水为分散相，称为油包水型乳化液(W/O)。

乳化剂能降低油水间界面张力，先使油水成为容易混和的状态，再加以机械搅拌作用，形成乳化状态。

油-水乳化液的分类见图5-1。图5-1

油-水乳化液的分类

形成乳化液的主要条件是：

(1)必须有两种互不相溶的液体；

(2)两种混合液体中应有乳化剂存在；

(3)要有形成乳化液的能量，如循环流动、搅拌等。乳化较严重的汽轮机油将造成许多危害。如破坏有的正常润滑作用，增大部件的摩擦，造成局部过热，严重时会损坏机件。乳化液的稳定性

乳化液的稳定性主要取决于水相分散程度、乳化液保护膜的强度、形成乳化液的时间、油品的粘度和温度等几个因素。汽轮机油的破乳化方法

破乳化方法可主要概括为物理方法和化学方法两种。

(1)物理方法加热沉降、离心分离、机械过滤和高压脱水等方法均能起到破坏汽轮机油乳化液的作用，达到油、水分离的目的。

(2)化学方法主要是在乳化的汽轮机油中加入适当的破乳化剂，可减弱或破坏乳化膜的稳定性，促进油水分离，达到破乳化的目的。油品酸值、水分和水溶性酸或碱油品的酸值

中和一克油中含有的酸性组分所需要的氢氧化钾毫克数，称为油品的酸值。

油的酸值包括可溶于水和非水溶剂的酸性组分，如无机酸、有机酸(羧酸、环烷酸等)。这些酸性物质能腐蚀设备和有关部件，危害较大。因此，酸值是保证设备不受腐蚀的重要指标之一。油中的水分

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。油中的水溶性酸或碱

油中的水溶性酸或碱是指能溶于水中的无机酸或碱以及低分子有机酸和碱性化合物等。这些组分主要来自油品中的氧化和外界的污染。

水溶性酸或碱会腐蚀设备，影响设备的安全经济运行和使用寿命。

新油中应不含水溶性酸或碱。油品中的机械杂质、游离碳和灰分油品中的机械杂质

油中的机械杂质主要指灰尘、砂、碳粒、金属物和纤维质等。

机械杂质会磨损设备和机件，降低油的破乳化性能，降低油的绝缘强度和冷却散热作用等。油品中的游离碳

油在较高温度的作用下，因氧化分解作用而产生的固体碳，称为游离碳。这些碳粒会吸附水，加速油的乳化，破坏设备绝缘性能，甚至造成事故。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。油品的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。第三节电力用油的维护与监督变压器油的作用运行变压器油的维护运行变压器油的监督汽轮机油的作用运行汽轮机油的维护运行汽轮机油的监督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5-2。变压器油的绝缘、冷却散热作用

(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。图5-2油浸式变压器变压器储油柜、防爆管等见图5-3。图5-3变压器防爆管和储油柜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。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5-4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5-4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5-5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5-5温差循环净油器构造添加抗氧化剂

在运行变压器油中，添加抗氧化剂，是一种有效的维护措施。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。运行变压