近年来随着国家经济建设需要,电力行业需求持续增长。而变压器是极其重要的输电设备,在变压器技术日新月异发展的同时,也需要特殊的、性能更好的变压器油。变压器油是电器绝缘油中重要的一种润滑油,主要作为变压器的绝缘和导热介质,其质量直接影响电网的安全运行。在我国,从二十世纪五十年代就开始研究、生产变压器油,国产变压器油从无到有,从单一到多元,从低劣到精致。中海沥青股份有限公司生产的“海疆”变压器油作为国产变压器油品牌代表,产品质量优异, 共有-10#、-20#、-30#等多个型号,但一直无法生产特殊变压器油。为实现更高的经济价值,丰富“海疆”变压器油品牌,助力国产变压器油,本文以“海疆”变压器油为基础,研制满足GB2536-2011标准的I-20℃变压器油(特殊) 和I-30℃变压器油(特殊) 。
1 实验部分
变压器油(特殊)的关键特性是高的比热容、耐电压强度及低的凝固点,不含水分和杂质,最重要的是具有优良的氧化安定性。根据GB2536-2011标准的要求,变压器油(特殊)与变压器油(通用)相比增加了苯胺点、带电倾向的检测,并对总硫含量、2-糠醛含量和氧化安定性有了更严格的指标要求。中海沥青股份有限公司的变压器油生产装置相对稳定,生产工艺的调整对产品型号影响明显,对产品标准中总硫含量、氧化安定性等指标要求影响甚微,所以通过单方面调整生产装置参数得到的产品很难满足变压器油(特殊)的指标要求,因此在综合现有产品性质的基础上进行调和是最好的方法。
1.1 选用合适的基础油
中海沥青股份有限公司现共有2套变压器油生产装置,1#装置采用加氢脱酸-糠醛白土精制传统工艺,2#装置为精密分馏工艺。通过改变 1#装置精制深度,可以生产两种型号的变压器油a和b,2#装置生产变压器油c,其理化性质见表1由表1可以看出,变压器油 a、b的氧化安定性不满足变压器油(特殊) 的指标要求。故不能作为特殊变压器油使用。
三种变压器油的析气性c>b>a,芳碳率(CA值)a>b>c。变压器油中的芳烃是一种极其关键的组分,它影响变压器油的氧化安定性、析气性、油品对抗氧剂的感受性。芳烃是在 变压器油中存在的天然的抗氧剂,但是它的存在使得油品对后添加的抗氧剂感受性降低。一般来说,随着芳碳率的增加,变 压器油对抗氧剂的感受性和氧化安定性会降低,析气性也会降低。生产中为了平衡变压器油的溶解性能,以及油品在添加的抗氧剂消耗后仍保持较好的抗氧化性能,变压器油通常需要保持一定芳烃含量,即合适的芳碳率。再结合表一中三种变压器油的倾点a>b>c,将采用变压器油a与c、b与c分别调和的方式进行两种型号变压器油( 特殊) 的调和实验,实验将以芳碳率为关键点,就芳碳率对氧化安定性的影响确定方案,对调和后油品进行抗氧化添加剂含量研究,并测试最终产品的倾点、硫含量、析气性和氧化安定性等理化性质。
1.2 选择合适的芳烃含量
以变压器油a与c为例进行调和,通过改变油品比例,得到五种方案。根据五种方案得到的具有不同芳碳率的变压器油基础油,在同时添加一定量的抗氧化添加剂后对其进行氧化安定性测试,实验结果见表2。
由表2可以看出,添加一定量抗氧剂的情况下,五种方案的变压器油CA在1.62以下时,满足GB2536-2011标准关于变压器油(特殊)的氧化安定性要求。
1.3 添加合适的抗氧剂
根据芳碳率对变压器油氧化安定性的影响,确定了a变压器油与c变压器油的调和方案,但抗氧剂的添加量对氧化安定性的影响更加明显。GB2536-2011标准中明确规定了各类变压器油中抗氧剂的含量要求,其中含抗氧化添加剂油(I) 的抗氧剂添加范围是0.08%-0.40% (质量分数)。虽然,高的抗氧剂添加量能够大幅度提高变压器油的氧化安定性,但是会对油品的其他性能产生负面影响,且增加成本。表三列出了不同抗氧剂添加量下,三种芳碳率变压器油酸值与氧化安定性的变化情况。
由表 3 可以看出,抗氧剂影响变压器油酸值,在抗氧剂含量增加时,油品酸值有增大的趋势,但在抗氧剂含量0.25% ~0. 38% ,油品酸值均符合产品标准要求。降低抗氧剂的加入量,氧化安定性能变差,CA值1.62% 的样品在抗氧剂含量小于0.35%时,氧化安定性不能满足于变压器油(特殊)标准要求。芳碳率小于0.93% 时,在实验范围内添加抗氧剂既不影响油品的其他指标,又能满足变压器油(特殊)的氧化安定性指标要求。但添加抗氧剂0.25%时,芳碳率0.93%的样品氧化安定性介质损耗因数为0.049,不合格风险较大,因此选择芳碳率0.35%-0.93%、抗氧剂添加量0.30%-0.38%的调和方案,既能保证变压器油的性质稳定,又能最大限度的提高油品的氧化安定性。
1.4 油品的理化性质
根据实验结果,为保证调和油品具有较高的芳烃含量,选择芳碳率0.93%的方案四,分别用高芳烃含量的变压器油a和变压器油b与低芳烃含量的变压器油c进行调和,得到2种型号的特殊变压器油。结合生产成本等经济因素,选择添加0.30%的抗氧剂,形成配方一和配方二方案,得到的变压器油性质见表4。
由表4可知,配方一油品满足GB2536-2011标准关于I-20℃变压器油(特殊)指标要求,配方二油品满足GB2536-2011标准关于I-30℃变压器油(特殊)的指标要求。
2. 结论
(1)中海沥青股份有限公司生产的变压器油a、变压器油b,氧化安定性不能满足GB2536-2011标准关于变压器油(特殊)的要求,不能直接作为特殊变压器油使用。
(2)采用变压器油a、b分别与c按照进行一定比例的调和,添加适量抗氧剂后可以调制出符合GB2536-2011要求的I-20℃变压器油(特殊) 和I-30 ℃变压器油( 特殊) 。