基础油的选择
选取中石化加氢精制工艺生产的基础油A、基础油B和中石化环烷基基础油C,参照ASTM D3487-24的部分指标要求开展性质分析,结果见表1。
由表1可以看出,加氢基础油在闪点、密度与低温流动性方面比 环烷基基础油更有优势。在关键指标析气性上,基础油B与基础油C的析气性均大于30nL/min,基础 油B更优。综合考虑,选择基础油B作为本研究的基础油,由于现有基础油不满足析气性指标要求,需作进一步改进。
结构族组成分析结果表明,3种基础油Ca值均小于1.5%,芳烃含量较低。变压器油的析气性取 于其基础油内芳烃的含量,芳烃含量越高,析气性越低,与芳烃的种类、结构及其他类型饱和烃 组分对抗析气剂的感受性有一定关系。要提高油品中芳烃含量,一种方式是降低基础油的精制深度,但这与目前的基础油深度精制生产工艺和发展方向不匹配。参考相关研究,以下选择通过添加抗析气组分,对该项性能进行针对性的改进。
抗析气组分的选择
选择2种不同结构的4个抗析气组分(抗析气组分1a、1b、1c, 抗析气组分2d,碳原子数:抗析气组分1a>抗析气组分1b>抗析气组分1c),以m%(质量分数)加入基础油B中,考察其对油品析气性的影响,同时分析油品碳型组成的变化,结果见表2。
由表2可以看出,加入m%(质 量分数)的抗析气组分1a对析气性无明显改善,而相同加剂量的抗析 气组分1b、抗析气组分1c和抗析气组分2d均具有改善作用。为此进一步考察了不同加剂量下这三个组 分对油品析气性的影响,结果如图1所示。
由图1可以看出,随着加剂量的增大,析气性逐渐下降,当加剂量达到某个水平时,3种抗析气组分均能使油品的析气性满足ASTM D3487-24指标要求。碳原子数最小的抗析气组分1c降低析气性的效果最显著,达到指标要求所需的加剂量最小。
此外,由表2还可以看出,抗析气组分的加入会导致基础油的Ca值上升,不同抗析气组分对Ca值的影响不同,但并未呈现随着Ca值的提升,析气性随之变好的规律。
添加剂的选择
变压器油受氧、催化剂(水分、金属)、热、振动和冲击、电压等因素的影响,不断发生氧化,油质 劣化,生成过氧化物、醇、醛、酮、酸及油泥等,进而影响油品的电气 性能及理化性能,严重威胁设备安 全;变压器内绝缘材料的老化也会 加大设备故障的可能性。添加抗氧化剂能够中断自由基连锁反应,抑制变压器油自动氧化的过程,降低其氧化速率,延长变压器内绝缘材料的使用寿命。
ASTM D3487—24根据抗氧剂的含量不同将变压器油分为I型和U型:I型抗氧剂含量<0.08%(质量分数),U型抗氧剂含量为0.08%(质量分数)~0.30%(质量分数)。
I型变压器油添加剂选择
抗析气组分的组成、含量的不同,对变压器油的抗氧化性能具有不同的影响,为此进一步考察了抗析气组分的加剂量和复配对变压器油抗氧化性能的影响。将抗析气组分1b、抗析气组分1c,抗析气组分2d以一定比例单独或复配加入基础油B,配制了5个油样,开展旋转氧弹测试,结果见表3。ASTMD3487中对于I型变压器油的抗氧化性能的要求为考察其氧化安定性,采用ASTM2440测试,而对于旋转氧弹无要求,但由于旋转氧弹测试较为简便,因此首先对样品进行旋转氧弹测试。
从表3可以看,添加不同抗析气组分的样品与不添加抗析气组分的样品的抗氧化性均较好,旋转氧 弹均大于195 min(ASTM D3487 对U型油指标要求,更严格),说明抗析气组分的添加对变压器油旋 转氧弹的影响不明显,推测是由于 抗析气组分加剂量较小的缘故。不同抗析气组分的复配对旋转氧弹也 无明显影响。因此从经济性角度考 虑,选择加剂量最小的抗析气组分1c来改善变压器油析气性,即配方I-A002。进一步其考察氧化安定性,结果表明其符合两种测试方法下的氧化安定性指标要求,具体见表4。
II型变压器油添加剂选择
在I-A002基础上,配制了2个油样,考察不同抗氧剂加剂量对油品氧化安定性影响,结果见表5。
由表5可见,通过添加抗氧剂A,可使油品满足U型变压器油氧化 安定性要求。
光稳定性试验
依据前述研究结果,采用基础油B,加入一定量的抗析气组分1c,同时添加一定含量的抗氧剂A以满足氧化安定性要求,制备了满足ASTM D3487—24中I型和U型指标要求的低析气性变压器油成品并命名为I-A超级绝缘变压器油 与U-A超级绝缘变压器油。
光照可能会对变压器油性能造成影响,为此对I-A超级绝缘变压器油和U-A超级绝缘变压器油进行光稳定性考察。采用紫外光照老化试验箱,设置紫外光波长280-315 mm,温度30℃,将变压器油装在透明敞口广口瓶中,对油样进行24h模拟光照老化,对不同光照时间后的油样进行赛色、酸值分析,结果见表6。由于ASTM D3487中对油品颜色的测试方法 ASTM D1500的色号分度宽泛难 以捕捉浅色变化,因此采用适合检测浅色油品细微变化的的赛色方法 GB/T 3555进行比对。
从表6可以看出,2种油品经过24h光照后颜色变化不大,酸值稳定,说明光稳定性良好。
产气特性试验
IEC 60296:2020中对于变压器油产气特性提出了相关要求。研究表明,随着老化温度的提高、老 化时间的延长,加氢精制深度较低的变压器油的产气趋势较大。
根据IEC 60296:2020中的热应力下产气特性试验方法,对I-A超级绝缘变压器油和U-A超级绝缘变压器油进行试验,取60mL油样于注射器中,充氮气或空气饱和后密封,在105℃下老化48h,测定油样的产气趋势。试验结果见表7。
由表7可以看出,I-A超级绝缘变压器油和U -A超级绝缘变压器油在热应力下均为非产气性,符合IEC 60296:2020指标要求,老化后产气量小,说明油品性能稳定。