变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

1引言
电力变压器承担着电能转换的功能，在电力行业拥有举足轻重的地位。变压器的故障可能会导致 负荷的损失以及设备的损坏，危及电网的安全。因此预防变压器故障的发生，保障电网的安全运行具有重要意义。变压器油作为油浸式变压器的绝 缘介质，在变压器内起到绝缘和散热的作用。近 十几年来，国内外均有报道由变压器油中腐蚀性硫所导致的变压器故障，引起了学者们的广泛关注。
腐蚀性硫对变压器油纸绝缘系统的影响可以总结为以下两个方面。一方面是腐蚀铜绕组，腐蚀产物沉积在铜绕组以及绝缘纸的表面，降低油纸绝缘系统的电气性能。现有腐蚀机理主要包括二苄基二硫(Dibenzyl Disulfide，DBDS)腐蚀机理以及硫醇-硫化亚铜腐蚀机理。其中，硫醇-硫化亚铜腐蚀 机理的反应过程中还伴随着水分的生成。另一方面 是影响变压器油纸绝缘系统的热老化特性。华北电 力大学的李庆民团队研究表明腐蚀性硫会促进油纸 绝缘系统的热老化过程，降低变压器的绝缘寿命，主 要包括加速绝缘纸聚合度的裂解、增加绝缘油的酸值和介损等。这种促进作用会随着腐蚀性硫的种类 和浓度不同而有所不同。也就是说可能会存在 某些腐蚀性硫对铜绕组的腐蚀能力较弱，但对绝缘纸和绝缘油的影响较大的情况。因此，将腐蚀性硫对铜绕组的腐蚀作为其腐蚀性的唯一判据不够准确，要准确评估变压器油硫腐蚀程度，需要综合考虑 其对变压器油、绝缘纸、铜绕组的影响。
目前国内外评估变压器油中硫腐蚀程度的方法包括定性分析和定量分析两种。定性分析主要是参照标准 ASTM D 1275B 以及 DL/T 285—2012，都是采用150 ℃的老化温度进行试验，试验后与比色卡进行比色来判断硫腐蚀程度，区别是前者采用裸铜而后者采用纸包铜。该方法只能进行定性分析，容易受到主观因素的影响，无法准确地评估变压器油硫腐蚀程度。任双赞、欧阳旭东等人提出了使用气相色谱仪对变压器油中的 DBDS 含量进行测试，采用 DBDS 的含量来定量表征变压器油硫腐蚀程度。万涛等人进一步提出了采用乙腈作为萃取剂能实现更加准确的测试。上述研究均以 DBDS 的含量来表征变压器油硫腐蚀程度，但DBDS虽作为油中的主要腐蚀性硫但并非唯一，例如硫醇－ 硫化亚铜腐蚀机理表明变压器油中的硫醇、硫醚也具 有腐蚀性，除此之外还需要考虑不同硫化物之间的 相互转换。在实际工程中也出现过发生硫腐蚀 故障的变压器油中检测不到DBDS的情况。因此，将 DBDS 的含量作为定量表征变压器油硫腐蚀程度的判据不够准确。此外，国内外学者还尝试使用测 试硫化亚铜( Cu S) 附着量与 Cu2+ 浓度、总硫浓度、铜失重等方法来实现变压器油硫腐蚀程 度的定量表征，但均未同时考虑腐蚀性硫对变压器 油、绝缘纸以及铜绕组的影响。
本文选取了二苄基二硫( Dibenzyl disulfide，DBDS) 以及十二硫醇( Dodecyl mercaptan，DDM) 两类具有代表性的硫化物，参照IEEE相关老化实验标准，在150 ℃ 的温度下进行老化实验。研究了不同种类腐蚀性硫对铜片质量、绝缘纸聚合度以及绝缘油介质损耗因数的影响，再结合德尔菲法得到了基于多特征指标综合定量表征变压器油硫腐蚀程度 的方法。该方法同时考虑腐蚀性硫对变压器油、绝缘纸以及铜绕组的影响，对于一些非DBDS造成的硫腐蚀也能正确判别，准确度更高，对于预防硫腐蚀 故障的发生具有重要意义。
2 腐蚀性硫对铜片质量、绝缘纸聚合度、绝缘油介质损耗因数的影响
2.1 实验设计
主要试验材料如表1所示。
本实验采用150ml的三角烧瓶作为容器，三角烧瓶中装有150ml变压器油、8g绝缘纸以及4片变压器绕组铜片。其中每个铜片外层包裹 2g绝缘纸，用细铜丝捆绑固定，制备得到纸包铜试样。在不 同三角烧瓶中加入不同硫化物，添加浓度如表2所示，A组为DBDS组，B组为DDM组，C组为空白对照组。由于DBDS为二硫化物，相同物质的量的DBDS的硫含量为DDM的2倍，因此为保证不同组制备油样中总硫含量相同，DDM添加量为DBDS的2倍。
按表2制备得到含有不同浓度单一硫成分的变压器油试样，按照图 1 所示流程进行预处理及老化试验。
由于腐蚀性硫对变压器的腐蚀是一个逐渐发展 的过程，当腐蚀程度过低时，检测效果可能不太理想，无法准确表征变压器的油硫腐蚀程度。研究表明，温度对变压器绝缘性能的影响包括直接作用和间接作用，间接作用包括对变压器油中的硫腐蚀起到促进作用，温度越高促进作用越明显。当老化温度过低时所需试验周期较长，不利于工程上的应用。选用150 ℃的老化温度，老化时间为5天即可看到较为明显的试验效果。因此选用150 ℃作为试验的老化温度，试验周期为5天。
2. 2 铜片表面颜色与铜片失重质量
老化实验完成后，根据IEC62535—2008标准方法，将铜片表面颜色与标准比色卡(如图2所示) 进行对比，判断铜片腐蚀程度。铜片表面颜色如表3所示，A、B两组铜片表面腐蚀程度均随着腐蚀性硫浓度的增加而增强。相比于B组而言，A组对铜片的腐蚀更为严重，说明DBDS对铜片的腐蚀要强于DDM。
将铜片放入稀硝酸中进行清洗，去除铜片表面附着的氧化铜以及铜的硫化物14，清洗完成后的铜片采用高精度天平称重，计算铜片失重质量。本次试验得到的铜片失重质量如表4所示，其中初始质量 M0为老化试验前铜片的质量，最终质量M1为老化试验完成经稀硝酸清洗以后铜片的质量，由式(1) 可以得到失重质量M。
由 C组绝缘油不含腐蚀性硫，其铜片失重质量 Mc 为参与氧化反应的铜片质量。其他组铜片的失重质量M减去C 组铜片失重质量Mc即可得到参与硫腐蚀反应的铜片质量Ms。
与表3得出的结论一致，DBDS 对铜片腐蚀严重，DBDS 浓度越高，铜片失重质量越大，腐蚀越严重。由于在实际运行中，变压器油中 DBDS 的浓度很难达到 1.5mmol/L，因此取Mmax =4.9mg，由式(3) 来计算变压器油中腐蚀性硫对铜的影响。
式中，Ms为待测油样硫腐蚀反应失重质量；Mmax 表示含1.5mmol/LDBDS的变压器油样中的硫腐蚀反应失重质量，根据实验可知其值为4.9mg；XCu表示变压器油中腐蚀性硫对铜的影响程度为，变压器 油对铜的硫腐蚀程度越高，则XCu越大。
由于 DDM 对铜片腐蚀较轻，尤其当DDM浓度较低时，说明铜失重对硫醇造成的腐蚀检测效果不佳，需要结合其他参量来综合表征变压器油硫腐蚀程度。
2. 3 绝缘纸聚合度
绝缘纸聚合度( 简称DP) 能有效表征变压器的老化程度17。老化实验完成后，对各组DP进行测试，测试结果如图3所示。各组试样的绝缘纸聚合度有所下降，其中含有腐蚀性硫的油样中，绝缘纸聚 合度下降更多。说明腐蚀性硫会对绝缘纸中纤维素的降解起促进作用。将 A 组和 B 组进行比较，DDM对绝缘纸纤维素降解的促进作用略强于DBDS。
根据 DL/T 984—2005油浸式变压器绝缘老化判断准则给出的判据，当DP低于150时变压器需退出运行。因此取Dmin=150。根据式(4) 计算变压器油中腐蚀性硫对绝缘纸聚合度的影响。
式中，D0表示老化前绝缘纸的聚合度；D表示老化后待测变压器油样绝缘纸聚合度；DC表示老化后空白对照组油样( 在该实验中为C组) 绝缘纸聚合度;D－DC表示硫腐蚀引起的绝缘纸聚合度下降值；D表示绝缘纸寿命终点聚合度的值; XD 表征变压器油中腐蚀性硫对绝缘纸聚合度的影响程度，XD越大说明变压器油对绝缘纸硫腐蚀程度越高。
2.4 绝缘油介质损耗因数
绝缘油介质损耗因数是判断绝缘油劣化的有效 指标18。对老化前后绝缘油介损进行测试，结果如图4所示。在老化过程中，腐蚀性硫会增加绝缘油的介损，且介损随着腐蚀性硫的浓度增加而增加，因此绝缘油介损能在一定程度上反应绝缘油中腐蚀性 硫的浓度。DBDS 对介损影响较小，即绝缘油介损对 DBDS 的检测灵敏度较低。DDM 的存在会导致绝缘油介损大幅度上升，这是由于硫醇与铜的反应过程中有水分生成，水分会影响变压器油纸绝缘系统的老化。因此引入绝缘油介损也弥补了采用铜失 重表征变压器油硫腐蚀程度灵敏度不高的不足。
GB/ T 7595—2008《运行中变压器油质量指标》中规定介质损耗因数≤0.04(针对330kV 及以下电压等级的变压器)。因此取Tmax=0.04。根据式(5)计算变压器油中腐蚀性硫对绝缘油介损的影响。
式中，T0 表示老化前绝缘油的介损; T 表示老化后待测变压器油样的介损；TC表示老化后空白对照组油样( 在该实验中为C 组)的介损；T－C表示硫腐蚀引起的绝缘油介损增大值；Tmax表示规程中允许的介损最大值；XT表征变压器油中腐蚀性硫对绝缘油介损的影响程度，XT越大说明变压器油对绝缘油硫介损的影响程度，
3 基于多特征指标综合定量表征变压器油硫腐蚀程度的方法
3.1 多特征指标的选择
在变压器的油纸绝缘系统中，铜绕组、绝缘纸和绝缘油作为一个统一整体，共同影响变压器的安全运行。研究表明，绝缘油中的腐蚀性硫会腐蚀铜绕组，其腐蚀产物附着在铜绕组和绝缘纸表面，影响变 压器的电气性能；腐蚀性硫还会加速绝缘纸纤维素的降解，导致绝缘纸聚合度下降，当聚合度下降到一 定程度，变压器将无法运行；腐蚀性硫还会导致老化过程中绝缘油介损的上升，危及变压器的绝缘。
由上述实验可知，DBDS 对变压器铜绕组腐蚀严重，硫醇对变压器油腐蚀严重，且两者都会加速绝 缘纸的降解。因此选择铜失重、绝缘纸聚合度以及绝缘油介损三个指标来综合表征变压器油硫腐蚀程 度。
3.2 德尔菲法确定权重
德尔菲法、D-S 评价法等方法常用于多特征指标综合评价。德尔菲法在决策过程中通过征求和总 结多方专家的建议来做出最终决策，相比于 D-S 评价法，消除了专家之间的相互影响，也避免了盲从和权威效应所导致决策面过窄的问题。此外，决策过后返回专家意见以及补充资料进行再决策的方式， 让决策者能通过借鉴其他专家见解达到启发和拓展自己思路的目的，使得决策更加准确。因此本文选择德尔菲法来确定权重［19-21］。
为确定不同指标的权重，选择 10 位从事变压器油硫腐蚀研究以及变压器老化评估工作的学者以及 具有丰富实践经验的工程师进行咨询。首先将待定 权数的三个指标、指标选择的原因以及权重确定的规则发给专家。专家参照表 5 分别对不同指标进行打分，根据式(6) 计算各指标平均分。
根据式(7) 计算各项指标的变异系数，当变异系数大于0.3时将专家评分结果、理由以及相关补充资料返还给专家，进行下一轮评审，重新确定权数。
式中，Si代表第i个指标评分的标准差; Ci 代表第 i个指标的平均评分; Vi代表第i个指标的变异系数。经过两轮咨询，专家意见基本达成一致，专家咨询结果如6所示。
依据各项指标平均得分所占总分的百分比数，进行归一化处理，得到各指标的权重。铜失重、绝缘纸聚合度、绝缘油介损的权重系数分别为0.43、0.23、0.34。
3.3 多指标综合评估方法
基于多特征指标综合评估变压器油硫腐蚀程度的方法总结如下:
(1) 依据文中所述实验方法，选取待测油样以及空白油样(不含腐蚀性硫) 开展为期5天的老化实验。
(2) 老化前后分别测量两组试样铜片的质量、绝缘纸聚合度以及绝缘油介损。
(3) 根据德尔菲法确定的权重，将以上三个参量做加权平均求和得到关于变压器油硫腐蚀程度的 综合算式:式中，权重系数w1、w2、w3分别为0.43、0.23、0.34。 反应了变压器油硫腐蚀对铜绕组、绝缘纸以及绝缘油的影响，其值越大则腐蚀越严重，实现了对变压 器油硫腐蚀程度的综合定量评估。
4 结论
(1) 变压器油纸绝缘系统中，油、纸、铜作为一个统一整体，均会影响变压器的安全运行。本文在实验室环境下模拟了含不同腐蚀性硫的变压器油纸绝缘系统的老化过程，研究了腐蚀性硫对铜片、绝缘纸聚合度以及绝缘油介损的影响。结果表明，DBDS对铜片腐蚀严重，硫醇对铜片腐蚀较轻但对绝缘油介损影响更大，因此单纯考虑腐蚀性硫对铜片的影响来判断变压器油硫腐蚀程度不够准确。
(2) 在老化实验的基础上，根据变压器运行的相关标准，分别确定了表征变压器油硫腐蚀对铜、绝 缘纸以及绝缘油影响的参量的计算方法。再结合德 尔菲法确定的权重，建立了一个基于多特征指标综合评价的变压器油硫腐蚀程度定量表征方法。相比 于现有的方法，此方法更为全面，对于一些非DBDS造成的硫腐蚀也能正确判别，对于预防硫腐蚀故障的发生具有重要意义。
(3) 在实际工程中， 可采用本文所提方法定期取油测试变压器油硫腐蚀程度，当测出硫腐蚀程度较高时，说明油中的腐蚀性硫可能在运行过程中对变压器油纸绝缘系统造成较为严重的影响，危及变压器的安全运行。此时需引起关注，及时处理避免硫腐蚀导致的变压器故障发生。