变压器油基础知识培训.ppt

1、变压器油基础知识讲座，马书杰，中国石油润滑油研发中心克拉玛依研究所，2002年5月， 目录变压器油的作用变压器油的原料选择变压器油的生产工艺变压器油的添加剂电压互感器油基烃类组成对变压器油主要性能的影响变压器油性质变压器油标准变压器油的运输和储藏变压器油污染物及处理变压器油的销售等常见问题由于历史沿革，我们仍将国际常用变压器油这一矿物绝缘油或变压器绝缘充入电气设备(电压互感器、电抗器、电压互感器、充油管、油开关等)的变压器油运行可靠性大大取决于变压器油的一些基本特性，这些个特性影响着其功能的正常发挥。 通常，变压器油在电气设备中，具有变压器油能够隔离不同电位(电势)的带电部分、如果提高绝缘强度

2、，不形成短路则不会被破坏的四个功能。 空气的介电常数是1.0，变压器油的介电常数是2.25，也就是说油的绝缘强度比空气大得多。 因此，变压器油的可靠绝缘性能是其主要功能之一。 散热蒸发制冷作用、绝缘功能：电压互感器在带电运行中，由于线圈中流过电流，所以电阻引起电力损失，该部分损失称为“铜消耗”，电流流过芯时，芯磁通起作用，所以引起电力损失，该部分损失称为“芯损失”， 如果这2个部分损失是发热的形状，不放出线圈内的这样的热量，必然线圈和铁芯内积蓄的热量越积，铁芯内部的温度越上升，线圈外皮的固体绝缘被损坏，线圈烧损。 使用变压器油的话，在线圈内部产生的这部分的热量首先被油吸收，然后通过油的循环放出

3、热量，保证设备的安全运转。 因此，散热蒸发制冷作用是变压器油的第二大功能。 保护绝缘材料的功能：由于变压器油可以填充绝缘材料的空隙，在保护铁元素芯和线圈组件的同时，还能将易氧化的单元里肌肉和其他材料吸收的氧含量控制在最小限度。 也就是说，油首先使混入设备中的氧气氧化，延迟氧气对绝缘材料的侵蚀。 消弧作用：在开关设备中，变压器油主要发挥消弧作用。 当油浸开关切断电力负荷时，其固定接触件和折动接触件之间会产生电弧，此时的电弧温度较高，根据断开电流的大小而不同，但如果不吸收电弧柱的热量而蒸发制冷接触件，则在初期电弧产生后也会产生连续的电弧，从而容易烧毁设备。 也有可能因为超电势的发生而损坏机器。 油

4、浸开关最初打开并受到电弧作用时，在高温下油发生剧烈热裂化，氢瓦斯气体产生约70%时，在云同步，氢瓦斯气体热传导率较大(41 )，因此，氢瓦斯气体能够吸收大量热，并向油中传导热，直接蒸发制冷触头，从而达到了消弧目的. 概括地说，变压器油在电压互感器、电抗器、电压互感器中主要起到绝缘、散热蒸发制冷和保护绝缘材料的作用，但是在上述设备产生电弧时，在充油套筒中主要起到绝缘作用的油开关中起到消弧和绝缘的作用。 一、变压器油的作用二、变压器油的原料选择、变压器油是原油以一定的加工技术生产的优质石油产品。变压器油的性能与原油的特性有一定关系，残奥翅类原油流动点高，易氧化生成大量酸性化合物，对变压器油的电学性

5、能、寿命有很大影响。 因此，采用历史上流动点低、氧化安定性优良的环烷基原油生产了变压器油。 由于环烷基原油的蕴藏量仅占世界原油蕴藏量的4%，近年来，环烷基原油产量逐年下降、供应紧张，许多国家已转移到残奥鳍基原油生产，开展了氢化改性等新技术的研究，提高了残奥鳍基变压器油的主要性能。原油分类，目前国内外原油分类一般采用牛鼻子馏分分类法，采用亨珀(Hempel )蒸馏器(美国矿物局的常规方法)，常压下将250-275馏分蒸成第一牛鼻子馏分，取出填充剂装入两个锥形网， 将5.32kpa (可能为275-300馏分(相当于常压395-425 ) )作为第二牛鼻子馏分，测定这些个的两个牛鼻子馏分的密度，换

6、算为API度，在API度的范围内决定原油化学基属(环烷基原油、中间化学基原油或残奥鳍化学基原油)。 我国的环烷基原油有克拉玛依9区的重油、辽河喜岭的重油、大港羊三木原油和绥中361的重油。电压互感器油基的评价、选择、从大体的概念来说，变压器油来自残奥芬基原油和环烷基原油，变压器油也有残奥芬基变压器油和环烷基变压器油，而随着氢化改性等工艺的发展，残奥芬基原油也能生产可与环烷基原油匹敌的变压器油。 如何判断一个变压器油是环烷基变压器油还是残奥鳍系变压器油，除了国外通常的理化性质，最简单的方法是用碳型结构(也称为结构族组成)来判断。 碳型结构将组成复杂的化学基油视为由芳香环、环烷基环和烷基侧链三个结

7、构组成的单一分子，其中芳香环上的碳原子占分子总碳原子数的百分率，%CN值表示环烷基环上的碳原子占分子总碳原子数的百分率。电压互感器油基油的评价和选择现在用ASTMD3238(ndM法)、ASTMD2140(nd法)和IEC590 (红外分光法)等得到。 在国外碳型分布中一般分类化学基油时，化学基油%CP=42-50为环烷基油，克拉玛依： 47.6%辽河： 45.9%化学基油%CP=50-56为中间化学基油，化学基油%CP基本理化性质，如黏性系数、流动点、燃点、杂质(硫、氮、盐化学基性除了做评估等性质之外，为了平衡溶出性、溶解性和氧化安定性的指标，一般要求8-12，一些国外公司将该指标作为电压互

8、感器油性化学基油的内部控制指标，该指标富含芳香烃，三是变压器油的生产技术，电压互感器油基的生产技术随精油技术的发展而发展， 最早选择环烷基原油，所采用的硫酸白土精制技术逐渐对原油重复利用环烷基原油和残奥翅化学基原油，技术上采用溶剂精制、溶剂脱蜡、白土补充精制和加氢精制，而国外目前正在采用加氢处理技术。国内环烷基变压器油(克拉玛依、辽河、大港)、中间化学基变压器油(兰州)和残奥翅化学基变压器油的生产工艺如下：三、变压器油的生产工艺、环烷基变压器油的生产工艺：环烷基原油、蒸馏、中间基原油、石蜡基原油蒸馏、白土补充精制， 残奥翅类变压器油生产工艺：蒸馏、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土补充精制、三、变压器油

9、生产技术、电压互感器油基油生产技术原理：蒸馏：根据在各炼油厂加工的原油、蒸馏设备及操作条件而不同的原油常减压蒸馏原理是原油的各馏分在常压或减压条件下沸点(或蒸气压) 在常压或减压分馏塔内进行多次部分气化和部分冷凝，使汽液两相一盏茶传热，达到相互分离的目的。 溶剂精制：溶剂精制原理在一定条件下，糠醛、苯酚、n -甲基吡咯烷酮等溶剂对润滑油馏分油中理想成分的溶解能力差，对润滑油馏分油中一些非理想成分(环烷酸、胶质、沥青质以及硫、氮、氧化合物)的溶解能力好，溶剂的这种三、 变压器油生产技术、电压互感器油基生产技术原理：酸碱精制：酸碱精制技术是一种陈旧的精制技术，由于成本高、收率低、处理量小、产生大量

10、酸渣污染而逐渐被淘汰。 但是在生产几种特殊的产品上，仍然采用这个工艺。 这是因为酸碱精制工艺比溶剂精制和加氢精制工艺能得到更稳定的产品。 该工艺的原理是利用浓硫酸生成容易与油中不理想的成分(如烯烃、胶质、沥青质、极性芳烃等)反应的酸渣，从油中分离，达到精制化学基油的目的。 溶剂脱蜡：利用以酮苯混合物(一般为甲基乙基酮甲苯)为溶剂，在低温下无需溶解蜡即可很好溶解油的特性，将蜡从润滑油化学基油中分离，以达到降低化学基油流动点的目的。 目前工业上普遍采用阿摩尼亚作为载冷剂，只能生产流动点在25以上的化学基油。 三、变压器油生产工艺、电压互感器油基的各生产工艺原理：加氢预精制：该工艺通过催化剂和一定的

11、氢分压，将原料中的环烷酸、硫、氮等杂质除去，使加氢条件相对缓和。 白土补充精制：该工艺利用白土的多孔吸附能力强的特点，使溶剂精制或硫酸精制后的油中含有的微量溶剂、胶质等杂质脱离，提高了化学基油的化学稳定性，改善了颜色。 白土的补充精制具有良好的反硝化素和脱色作用，在氢化工艺之后使用，有时改善氢化油的品质。 四、变压器油添加剂由于变压器油的特殊性，一般化学基油很难完全满足变压器油的各种要求，在生产变压器油时应添加一定的添加剂以满足该要求。 变压器油的添加剂主要有以下种类：抗氧化剂：用于变压器油的抗氧化剂主要使用2，6二叔丁基-甲基酚和2，6二叔丁基酚类的抗氧化剂6二叔丁基-对甲酚DBPC(T50

12、1 )最多， 该添加剂的作用机理是在油中与自动氧化过程中生成的活性自由基(r )和过氧化物(ROO )反应形成稳定的化合物，消耗油中生成的自由基阻止油分子氧化过程的另一种抗氧化剂是苯基萘胺(T531 )等胺类。 金属钝化剂：国内外广泛使用的金属钝化剂为苯并三氮唑的诱导体(T551 )，与DBPC并用有明显的协同效应，可大幅减少DBPC的使用量。四、变压器油添加剂、耐溶出性添加剂：一般添加烷基苯等芳香族烃丰富的化合物作为添加剂，改善变压器油的耐溶出性。 油流带电抑制剂：日本的电压互感器制造商一般要求在变压器油中加入苯并三氮唑(BTA )来抑制油流带电。 降凝剂：不允许像变压器油那样使用降凝剂降低

13、变压器油的流动点。 按照IEC的规定，变压器油厂家应当告知电压互感器厂家添加的添加剂的种类和数量，变压器油厂家改变原油、加工技术以及添加剂的配方，应当立即告知电压互感器厂家。 五、电压互感器油基油烃类组成对变压器油主要性能的影响、烷烃、烷烃、易氧化酸和少量沉淀，对抗氧化剂的易感性好，烷烃中的生产定额残奥翅片(蜡)为了使油冻结点上升、降低冻结点等而需要脱蜡，成本增加， 蜡的存在在低温时水和环烷烃：环烷烃都具有优良的电性能，但是抗氧化性能差，氧化容易生成酸和其他氧化物，对抗氟化剂的易感性也好。 另外，冻结点和流动点低，存在抗氧化剂时，环烷烃是绝缘油的优选成分。 环烷烃与链烷烃的苯胺点低，溶解能力强

14、，在变压器油运行中，高电压电场下形成的碳粒和氧化产生的油泥都不能沉积在电压互感器的线圈上，影响电压互感器的蒸发制冷性能。 环烷烃的溶出性在烷烃和芳香族烃之间。 五、电压互感器油基油烃类组成对变压器油主要性能的影响、芳烃：芳烃对变压器油的氧化安定性、电性能、氧化沉淀的溶解性能和溶出性等具有极其重要的意义。 它在变压器油中作为天然的抗氧化剂发挥作用，对添加其他抗氧化剂的易感性差，芳烃能够改善变压器油的溶出性，但介电性能不是一盏茶，容易与氧化物反应而沉淀或颜色变深，芳香烃的溶解性能最好。 不同芳烃的结构对变压器油性质的影响也不同。 (1)四环芳香烃：耐氧化性优良，但易与氧化物反应生成沉淀和颜色，需除

15、去变压器油中大部分这些个物质。 (2)三环芳烃：天然抗氧化剂好，溶剂精制对其选择性低，酸碱精制容易将其除去，含有酚类抗氧化剂不能阻止氧化，容易生成氧化后沉淀。 美国的六十年代加工技术除去了这种碳氢化合物的大部分。 (3)双环芳香族烃：与饱和烃一起可发挥抗酸化作用，但是单环芳香族烃存在时，其作用消失，对抗氟化剂的易感性也差。 (4)单环芳烃：电性能好，抗氧化性能比上述芳烃差，但对抗氟化剂的阻碍作用也不如上述芳香烃大，该芳香烃的一部分应留在变压器油中。 在单环芳烃中，烷基苯氧化安定性最好，环烷基苯最差。 五、电压互感器油基烃类组成对变压器油主要性能的影响：胶质：胶质非常易氧化，抗氧化剂不能抑制其氧

16、化，胶质含量少，但其是影响化学基油氧化安定性的成分。 胶质的存在，使变压器油的介电损耗系数激增，氧化时发生黑色沉淀，使介电损耗系数增大。 因此，在精制过程中胶质除去越彻底越好。 含氮化合物：含氮化合物分类为中性氮化物(咔唑等)和盐化学基性氮化物(喹啉、吡啶等) 2种，一部分含氮化合物在电场内带电，有些含氮化合物成为氧化过程的引发剂，仅油中的盐化学基性氮的数量g/g就可以损害氧化安定性。 在含氮化合物中，也有作为铜或其他金属钝化剂使用的一部分含氮化合物作为氧化抑制剂发挥作用。从笼统的概念来说，含氮化合物，特别是盐化学基氮是电压互感器油性化学基油中最差的成分，容易氧化，容易生成黑沉淀，对抗氧化剂的易感性也差，应在纯化过程中将其去除，盐化学基性氮含量对电压互感器的油流带电影响最大。 在日本，变压器油中氮含量一般要求低于3g/g。 五、电压互感器油性化学基油烃类组成对电压互感器油性主要性能的影响，含硫化合物：含硫化合物对电压互感器油性化学基油的影响与芳烃的影响类似，含硫化合物可能引起铜、银等金属腐蚀，以及电压互感器油性氧化过程中含硫化合物也可以作为过氧化物的抑制剂。 在电压互感器油基油精制过程中，首先确保腐食性硫的合格，同时维持一定的硫含量，改善变压器油的氧化安定性。 含氧化合物：含氧化合物一般以酸性物质(环烷酸)存在于油中，其大部分在精制过程中进行除去(溶剂精