变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

0 引言
变压器油在电力系统中应用广泛，其主要作用体现在绝缘、冷却、消弧等多个方面。变压器油的应用范围包括但不限于各类变压器(如电力变压器、整流变压器、电炉变压器、试验变压器、矿用变压器、接地变压器、电除尘变压器等)、套管、电流互感器、电压互感器、调压器、电抗器、消弧线圈、耦合电容器、多油断路器、少油断路器、柱上油断路器、起动补偿器电容器、电缆等。变压器油是变压器及整个电力系统安全、稳定运行的重要保障。
变压器油的析气性是重要的电气性能参数，它直接关系到变压器在高压电场下的稳定性和安全性[1]。在少油的封闭电器中，析出的气体如果聚集在绝缘材料表面或内部，会降低绝缘材料的绝缘性能，增加变压器发生击穿或短路的风险。长期析气会导致变压器油中的气体含量增加，油质逐渐劣化，影响变压器的散热性能和整体运行稳定性[2]。
芳烃含有苯环结构，这种结构使得芳烃分子在电场中具有一定的稳定性和吸收能力。当变压器油中存在足够的芳烃时，它们能够作为“氢气的捕获者”,吸收由放电产生的游离氢气，从而减缓或阻止气泡的形成和扩展。芳烃分子中的苯环结构为氢气提供了吸附位点，在电场作用下，游离的氢气分子被吸引到芳烃分子周围，并通过物理或化学作用被固定在芳烃分子上，气泡中的氢气浓度逐渐降低，气泡体积随之缩小，最终甚至有可能被完全吸收到油中。由此可见，适量的芳烃可以提高变压器油的性能，如增强绝缘强度、吸收游离气体等。目前关于析气性能研究重点集中于芳烃含量，但对于不同结构的芳烃对析气性能的影响研究很少，本文针对不同结构的芳烃对变压器油析气性的影响进行深入研究。
1 变压器油标准对析气性的要求
国际上通用的标准是国际电工委员会标准IEC 60296-2012《变压器和开关用未使用矿物绝缘油规格(Fluids for Electrotechnical Applications-Unused Mineral Insulating Oils for Transformers and Switchgear)》[4]和美国试验材料协会标准ASTM D3487:2009《电气装置中用矿物绝缘油标准规范(Standards Specification for Mineral Insulating Oil Used in Electrical Apparatus)》。具体指标要求如表1所示。
从表1可知，ASTM D3487对析气性的指标要求是 ≤30 μL/min, 该标准明确规定了变压器油的析气性上限，确保油品在正常使用条件下能够满足要求。IEC 60296-2012标准对析气性无通用要求，但这并不意味着析气性不重要。实际上，析气性对于特殊设计或高电场应力下的电力设备而言是极其重要的性能指标，在这些情况下，变压器油应能够吸收油品释放出的气体，以确保设备的稳定运行[5]。通常制造商会根据设备需求和行业标准制定更为严格的技术规范。德国西门子股份公司制定的变压器油技术要求TUN 901293,对析气性要求为小于-10 μL/min, 这一数值远低于ASTM D3487中的规定，这表明德国西门子股份公司对应用于高性能设备中油品的析气性能有更高的需求[6]。
2 变压器油析气性分析
试验从不同结构的单环、多环芳烃对变压器油析气性的影响进行分析[7],同时进行红外谱图分析确认不同芳烃的出峰位置，最终明确不同结构的芳烃对变压器油析气性的影响并选出合理的芳烃及其加入量的方案[8]。
2.1 不同芳烃结构对变压器油析气性的影响
2.1.1 不同单环芳烃结构对变压器油的影响
文章采用不同结构、不同含量的单环芳烃对变压器油析气性能的影响进行对比试验，结果见表2。
从表2可以发现，同比例不同结构的单环芳烃，甲苯、联苯、苯对变压器油析气性的影响程度依次降低[9];从结构角度看，带支链的苯环越少，析气性能越好。同比例HAB(1#)、HAB(2#)、AB(1#)也是黏度越小、支链越短的情况下，析气性能越好。因此在加入量相同时，加入支链短的各类芳烃能有效改善变压器油析气性。当加入联苯的含量从0.5%升至5%时，析气性降低了40.25 μL/min, 但密度也从895 kg/m3上升至899.8 kg/m3,密度提升较大，因此析气性得到改善的同时需考虑密度的变化。联苯与甲苯相比，不易挥发，气味也会相对淡一些，因此在工业生产中可以考虑采用加入联苯改善变压器油的析气性[10]。
2.1.2 不同双环芳烃结构对变压器油的影响
不同结构双环芳烃对变压器油的影响性质分析如表3所示。
从表3可以发现当加入量为1%时，萘、AN(1#)、AN(2#)对变压器油析气性影响依次降低。显而易见的是1%萘的变压器油析气性能远远好于AN(1#)、AN(2#)。而同比例的萘、AN(1#)、AN(2#)也是在黏度越小、支链越短的情况下，析气性能越好。对比单环芳烃与双环芳烃，2%甲苯与1%萘的析气值都在-7 μL/min。从工艺生产方面考虑，甲苯的危害极大，不仅气味大，且对皮肤、黏膜有刺激性，长期接触会导致慢性中毒。而萘的气味相对较小，一般的计量对人体危害不大[11]。因此，在工艺生产可加入小于1%萘对变压器油的析气性进行改善。
2.2 不同芳烃结构的红外谱图
试验从不同结构的单环、多环对变压器油析气性的影响进行红外谱图分析，确认不同芳烃的出峰位置，结果见图1-3。
从图1-3可看出，苯环C=C骨架振动波数在1 620～1 450 cm-1,图中不同结构的芳烃在此区间都有明显的出峰；苯环C-H面内弯曲振动位于1 250～950 cm-1,在此范围内出现的多条谱带称为“苯指区”。从图中可以看出不同芳烃在此范围内都有一定的出峰，单环芳烃在2 250～1 450 cm-1、1 250～950 cm-1、900～650 cm-1范围内均有出峰，双环芳烃在1 620～1 450 cm-1、1 250～950 cm-1范围内均有出峰。因此单环芳烃的出峰范围较双环芳烃的广，双环芳烃在苯指区出峰较多[12]。
苯环C-H面外弯曲震动区在900～650 cm-1,从不同结构的芳烃谱图可以看出在此范围内均出现强吸收带，谱带位置及数目与苯环的取代情况有关，苯环类单环芳烃在900～650 cm-1处出现1～2条强吸收带，重烷基苯类类单环芳烃及双环芳烃在900～650 cm-1处并未出现明显的强吸收带。因此单环谱带位置及数目较双环芳烃的少。
3 结论
(1)变压器油在强电场作用下的析气性与组成中的芳烃含量有关，变压器油析气性随着芳烃含量的增大而逐渐减小。
(2)不同芳烃结构对变压器油析气性存在影响并各有差异，相同加入量时，双环芳烃、单环芳烃对变压器油析气性影响程度依次降低。当加入量相同时，小黏度短支链结构的芳烃析气性能越好。
(3)苯环C=C骨架振动波数为1 620～1 450 cm-1,不同芳烃结构在此区间都有明显的出峰；苯环C-H面内弯曲振动位于1 250～950 cm-1,在此范围内出现的多条谱带称为“苯指区”,从图中可以看出不同芳烃在此范围内都有一定的出峰，双环在此范围内出峰较多；苯环C-H面外弯曲振动区为900～650 cm-1,从不同芳烃结构的红外谱图可以看出在此范围内均出现1～2条强吸收带，谱带位置及数目与苯环的取代情况有关，单环芳烃的谱带位置及数目较双环芳烃的少。