变压器油性能的影响因素分析

张宇峰

广东电网有限责任公司惠州供电局张宇峰

摘要：变压器属于电力系统中最重要的和最昂贵的设备之列，也是导致电力设备系统事故最多的设备之一。在变压器中起着绝缘、散热、传递信息等功能的变压器油，其氧化安定性、电气性能和低温性能一直受到重视，信息载体性能和安全环保特性也渐受关注。文中结合相关研究，阐述了变压器油性能的主要影响因素，并提出了改善其性能的技术措施。

关键词：变压器油；主要性能；影响因素

1变压器油的性能影响因素

1.1氧化安定性（1）烃类的氧化安定性优劣顺序是：直链烷烃>异构烷烃>少环环烷烃（无侧链的好于带侧链的）>单环芳烃>多环环烷烃和多环芳烃。多环环烷烃和稠环芳烃是高分子的极性物质，氧化安定性很不好。总芳烃含量太低或太高，油的氧化安定性都不好，适量的芳烃才能提高油的氧化安定性，因为单环芳烃本身是一种天然的抗氧剂，芳烃可以溶解变压器油氧化产生的油泥，但含量太高则会溶解绝缘漆，使绝缘性能变差。

（2）结构组成中的硫、氮等极性化合物历来被证明对基础油的氧化安定性有很大影响。一般认为，非腐蚀性硫化物能抑制油品的氧化，但腐蚀性硫会腐蚀设备产生铜离子，对油品氧化起催化作用，国家标准对腐蚀性硫有严格限制。组成是影响变压器油氧化安定性的主要原因，可以从3个方面提高其氧化安定性。

①馏分油的选择。油品馏分较宽时含较多的多环芳烃使其抗氧化性能及对抗氧剂感受性变差，所以从生产一般变压器油来看，对馏分范围要求应该是在保证闪点合格的情况下，馏分不要太宽。

②炼油工艺以及精制深度。尹洪波等研究表明：糠醛精制应有较深的精制深度，这是保证产品质量的关键；精制油的苯胺点应不低于75℃；白土补充精制不仅对酸值、油品颜色等影响较大，也可以提高氧化安定性。

③抗氧剂。目前研究方向已从主抗氧剂转移到复合抗氧剂中，包括胺类和酚类抗氧剂的复合、复合胺类抗氧剂的开发、抗氧剂和金属减活剂的复配等，发现复合抗氧剂比单一的抗氧剂抗氧化效果更好，如T501能有效抑制铜及其离子对运行油品氧化的催化作用，但不能降低油品中铜离子含量，加入金属减活剂后能有效降低油品中的铜离子含量。

1.2电气性能电气性能包括析气性、击穿电压和介质损耗因数。作为绝缘介质，电气性能是变压器油最重要的性能指标。

（1）变压器油的析气性是指变压器油在承受足以引起通过气液交界中的气体相放电的电场强度作用时，由变压器油吸收或放出气体的现象。变压器油的析气性取决于它的组成和分子结构，饱和烃成分在高电压作用下，放出氢气等大量低分子气体，同时形成很多蜡，同样条件下芳烃成分能够吸氢，且析出微量的蜡。变压器油中芳烃含量大于16%时，变压器油呈吸气状态，但芳烃含量太高，会让绝缘性能和氧化安定性变差，因此不应片面追求高析气性指标。

（2）电力行业对击穿电压的要求越来越高，影响击穿电压的因素有4个。

①水分、温度和杂质。温度通过改变水的溶解度和状态来影响油品的击穿电压，对未受潮油的击穿电压影响很小。充入变压器的油，不允许有悬浮水，更不允许有沉积水。

②含气量。含气量是变压器油的主要控制指标，直接影响超高压变压器的绝缘性能。运行中变压器油含气量最好不超过3%，500kV变压器油含气量控制在0.5%以内。

③环境湿度。在试验温度20℃下，考察了环境湿度对25号变压器油击穿电压的影响，结果表明当环境湿度在50%~60%时，环境湿度对变压器油击穿电压影响不大，当环境湿度达到70%时，空气中的水侵入油中，击穿电压明显降低。

④电场的均匀程度和油的流动速度对击穿电压也会产生一定的影响。

（3）介质损耗因数介质损耗因数受极性化合物和离子化杂质的影响，即使微量的污染就能使这项数值增加几千倍，同时还受到变压器油精制深度的影响。

1.3低温性能变压器油主要作用之一是散热冷却，要求其在运行温度下有较低的粘度。尤其在冬季，较低的低温粘度才能保证变压器油的正常运行。油品的低温流动性与正构烃（蜡）含量密切相关，据有关文献报道在油品中加入0.1%的石蜡，便可使油品的凝点上升约9~13℃，可见蜡对油品流动性的影响非常大。所以变压器油必须含蜡少才能具有良好的低温性能。环烷基油本身含蜡少，无须繁琐的脱蜡工艺就能生产低温性能良好的变压器油，从低温性能角度考虑，选择环烷基变压器油更合适。

1.4健康、安全、环保特性（HSE）GB2536-2011中，变压器油的HSE特性包括对闪点、稠环芳烃（PCA）、多氯联苯（PCB）的限制。闪点不能过低，主要是从防火角度考虑，闪点降低主要受轻组分油的污染或油中溶解有可燃气体。变压器中存在潜伏性故障时，变压器油或绝缘纸会产生大量可燃气体，可能引发闪爆事故，油中溶解气体的在线监测可以排除隐患。多环芳香烃或稠环芳香烃（PCA）是指2个苯环及以上的芳香烃，主要受精制深度的影响。某些PCA被认为会致癌，因此被列为控制指标。多氯联苯（PCB）是一种有毒化合物，会对肝脏、神经和内分泌系统造成损伤，亦会致癌，因此被严格控制。由原油精制成的矿物绝缘油不含PCB，其PCB的产生主要受外界污染的影响。

1.5信息载体性能（1）变压器油溶解气体的在线监测变压器中绝缘油和绝缘纸在热和电的作用下，会产生CO、CO2、H2和低分子烃类气体，正常运行时产生气体的速率非常缓慢，但设备内有潜伏性故障时，产气速率和产生气体的量都非常明显，主要受水分、氧气、热量以及铜和铁等材料催化作用的影响。测定产气速率及用在线气相色谱检测这些气体分子的组成可判断设备内部故障及严重程度。

（2）运行变压器油中糠醛含量的测定目前国内大型电力变压器的绝缘纸材料主要以木材纸浆为原料，其主要成分是纤维素。变压器在运行时受温度、水分、有机酸、杂质等的影响，绝缘纸逐渐老化和分解，产生小分子劣化产物，其中糠醛是特征产物，通过周期性取样检测变压器油中糠醛含量可监测绝缘纸老化程度。

2结论（1）链烷烃和少环环烷烃氧化安定性较好，单环芳烃是天然抗氧剂，多环环烷烃和稠环芳烃极易氧化；要严格限制油品中的腐蚀性硫。为提高氧化安定性，要选择合适的原料油馏分宽度、炼制工艺和精制深度。

（2）变压器油析气性好坏由芳烃含量决定。采取吸附干燥、闪蒸和真空过滤措施进行脱气、脱水和脱杂质，可以维持高击穿电压和低介损。

（3）变压器油的低温性能受正构烷烃（蜡）影响很大，从低温性能角度考虑选择环烷基生产变压器油更合适。

（4）闪点主要受轻组分和可燃性气体的影响，PCA受精制深度的影响，PCB主要来自外界的污染，要严格控制这些指标保证变压器油的HSE特性指标。

（5）受水分、氧气、热量以及铜、铁等材料催化作用的影响，变压器油产生气体的速率会加大；受运行温度、水分、有机酸、杂质、负荷率的影响，绝缘纸会加速老化。对变压器油中溶解气体和糠醛的在线监可以及时发现隐患，杜绝安全事故发生。

参考文献：［1］中国国家标准化管理委员会.GB2536-2011，电工流体、变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油［S］.北京：中国标准出版社，2010.［2］王强，沈本贤，凌昊，等.基于碳数分布和族组成分析的脱沥青有加氢异构反应产物［J］.燃料化学学报，2006，34（5）：583-589.［3］王宗宽.电子铝箔轧制基础油成份与性能的研究［D］.长沙：中南大学，2007.［4］于会民.芳烃对变压器油关键性能的影响［D］.青岛：青岛科技大学，2005.［5］蒋晓明，王晓勇，陈月珠.提高变压器油氧化安定性方法研究［J］.润滑油，2000，15（4）：6-8.