湖南电网变压器油族组成和抗氧化剂T501含量分析

刘小玲，常燕，万涛

(湖南省电力公司科学研究院，湖南 长沙 410007)

变压器油根据原油中所含烃类成分的不同，可分为石蜡基、环烷基和中间基3种变压器油。变压器油不仅具有绝缘的作用，还有散热、灭弧和信息载体的功能，合适的组成才能保证油品的使用性能。适量的芳烃含量可以改善绝缘油的析气性能，增强绝缘油的氧化安定性。但过量会影响绝缘油电气性能，降低其脉冲击穿强度，增加油的吸潮能力，严重影响其氧化安定性。烷烃有较稳定的化学安定性，高闪点，凝固点高;环烷烃有高抗爆性，低凝点，流动性好，抗氧化老化性能好〔1〕。变压器运行时，油温一般达50～85℃，在与空气、潮气相接触及变压器中金属催化剂的作用下，变压器油发生氧化反应是不可避免的。如变压器油具有良好的氧化安定性，可大大减少油中酸性物质和沉淀物的出现，从而保证设备安全运行，延长绝缘油寿命和降低维护成本。为此，在绝缘油的生产过程中一般都添加了抗氧化剂，目前使用范围最广的是T501(2，6-二叔丁基对甲酚)。但是T501含量过高将影响油品的其他性能，一般控制在0.15%～0.3%。监测变压器油中的抗氧化剂含量，是油质监督的一项重要工作。

1 族组成和T501含量分析方法

利用Bruker Tensor37红外光谱仪，根据参考文献〔2〕(电力行业标准)和参考文献〔3〕(国家标准)对变压器油族组成和T501含量进行检测。矿物油中通常有直连烷烃、环烷烃和芳香烃3种组分，根据芳香烃和直连烷烃在1 610 cm－1和720 cm－1波数时所对应的峰高，代入经验公式，可以得到芳香烃和直连烷烃含量，剩余为环烷烃。变压器油和汽轮机油中由于添加了T501抗氧化剂后在3650 cm－1波数处出现酚羟基伸缩振动吸收峰，该吸收峰的吸光度与T501浓度成正比关系，通过绘制标准曲线，从而求出其在油样中的质量百分含量。通过一次红外扫描可以同时测定族组成和T501含量，其谱图如图1所示。

图1 变压器油族组成和T501含量检测红外谱图

2 检测结果分析及发现的问题

为了掌握湖南省500 kV主变油、运行20年以上的220 kV主变油及新投运主变油的油基及抗氧化剂含量分布情况，对全省127台相500 kV主变油、28台运行20年以上的220 kV主变油及29台新投运主变油进行了族组成和T501含量分析，结果如图2，3所示。

图2 主变油油基分析

根据烷链碳 (Cp)的含量可以将变压器油分为3类，Cp﹤50%环烷基;Cp﹥56%石蜡基;Cp为50%～56%中间基，湖南省对于110 kV及以上的变压器油均要求选用以环烷烃为主要成分并保留适量芳烃的环烷基变压器油。湖南省大部分变压器油为优质的环烷基油，其中2011年新投运变压器油全部为环烷基油，500 kV变压器油质量较好，环烷基油为121台 (相)，占95.3%，运行20年以上的220 kV变压器油质总体较差，环烷基油为14台，仅占50%。

图3 主变油T501含量分析

油中添加一定量的抗氧化剂可提高油品的抗氧化能力，但过量的抗氧化剂又可能降低油品的析气性能、老化性能，甚至降低脉冲击穿电压和相容性。国际上IEC标准及美国ASTM标准对变压器油抗氧化剂添加量都有限制，IEC标准最高一类添加质量比不超过0.4%〔4〕，美国ASTM标准抗氧化剂添加量最高不超过0.3%，就是为了防止单纯依靠过量添加抗氧剂而提高油品抗氧化性能。有资料表明运行中变压器油T501不能高于0.5%，不低于0.15%，运行中变压器油T501含量控制在0.3%～0.4%抗氧化性能最好。因此，统计结果中将0.15～0.5%作为正常值。本试验结果显示:湖南省大部分变压器油T501含量正常，其中2011年新投运变压器油全部正常，500 kV变压器油正常率为94.5%，运行20年以上的220 kV变压器油总体情况较差，正常率仅为53.6%。

通过以上检测，掌握了湖南省500 kV、运行20年以上的220 kV主变油及2011年新投运变压器油的油基分布及抗氧化剂含量情况，杜绝了不合格的新油进入系统，掌握了运行变压器油质状况，为变压器状态检修提供了可靠的基础数据，指导变压器状态检修工作。

3 处理建议

针对湖南省500 kV、运行20年以上的220 kV主变油及新投运主变油的油基分布及抗氧化剂含量情况，提出下列建议:

1)密切关注抗氧化剂含量偏低的主变运行情况，加强油质监督。对T501含量低于0.15%的9台主变和高抗，应加强对上述变压器油颜色、酸值、水溶性酸及界面张力等的分析，同时还应采用旋转氧弹法进行油抗氧化性能的检测，在主变停运检修时应根据抗氧化剂含量补加适量的T501抗氧化剂，提高变压器油抗氧化性能，以确保主变安全稳定运行。

2)对运行中油中T501抗氧化剂含量高于0.5%的10台主变和高抗应加强变压器油介损、击穿电压等电气性能分析。

3)严把新油入口关，杜绝劣质油进入系统。我国2005年颁布实施的《运行变压器油维护管理导则》中对新油和再生油的抗氧化剂含量规定应不超过0.30%，市场上有些不法商贩为了使油品达到某些技术指标，对劣质油、再生油采取添加过量的抗氧化剂来达到提高抗氧化性能的目的，因此建议应对110 kV及以上新投运主变油进行油基分布及抗氧化剂含量情况的检测，保证所购油为环烷基油，同时抗氧化剂含量在合适的范围内。

4)由于石蜡基油消耗抗氧化剂的速度比环烷基油快，对检测结果为石蜡基油的变压器，应加强抗氧化剂含量的定期监测。

5)进行油的吸附净化处理时，由于抗氧化剂可能会有一部分被吸附，从而降低了油中抗氧化剂的含量，因此需要对吸附处理前后的变压器油进行抗氧化剂含量检测，如果处理后的油中T501含量低于0.15%，则需进行补加。

〔1〕肖维学.国产环烷基超高压变压器油的应用及评价〔J〕.湖南电力，2003，23(1):54－57.

〔2〕DL/T 929—2005矿物绝缘油、油润滑油结构族组成的红外光谱测定法〔S〕.北京:中国电力出版社，2005.

〔3〕GB/T 7602.3—2008变压器油、汽轮机油中T501抗氧化剂含量测定法 第3部分:红外光谱法〔S〕.北京:中国标准出版社，2008.

〔4〕马书杰，张玲俊，王喜安，等.从IEC 60296变压器油标准修订看国内外变压器油产品的发展趋势〔J〕.润滑油，2007，22(2):1-8.