變壓器油中抗氧化劑的電化學(xué)行為及測定

于衛(wèi)衛(wèi)，朱志平華電電力科學(xué)研究院；長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院

變壓器油中抗氧化劑的電化學(xué)行為及測定

于衛(wèi)衛(wèi)1，朱志平2
1華電電力科學(xué)研究院；2長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院

為了保證變壓器油運(yùn)行的安全性，電網(wǎng)需要不斷不定時的檢測變壓器油中T501的含量，該文利用階梯波伏安法，研究了T501的電化學(xué)行為，結(jié)果表明：優(yōu)化條件下，變壓器油中T501的質(zhì)量分?jǐn)?shù)C，在0.05%～0.5%范圍內(nèi)與其峰電流Ip呈現(xiàn)良好線性關(guān)系，從而建立了一種新的T501含量的電化學(xué)檢測方法。

抗氧化劑；變壓器油；階梯波伏安法；電化學(xué)

2,6-二叔丁基對甲酚（T501）是目前變壓器油中使用最廣泛的一種抗氧化劑，目前其常用檢測方法主要有液相色譜法、分光光度法、紅外光譜法三種[2-3]，但這三種方法均存在樣品預(yù)處理復(fù)雜、過程過于費(fèi)時等缺陷，因此，急需建立一種新的T501含量的檢測方法以彌補(bǔ)傳統(tǒng)方法所存在的不足。本文采用階梯波伏安法，對T501抗氧化劑的電化學(xué)特性進(jìn)行研究，并建立了一種新的電化學(xué)檢測方法，該方法大大加快了變壓器油中T501含量的測定速度，具有較高的實(shí)用性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

CHI660C電化學(xué)工作站；LC-20AT高效液相色譜儀；KQ-100DB超聲波清洗器；三電極體系：石墨電極為工作電極，217型飽和甘汞電極為參比電極，213型鉑電極為對電極；實(shí)驗(yàn)室分散乳化均質(zhì)機(jī)。空白變壓器油（不含T501），實(shí)驗(yàn)用水為去離子水，所用試劑均為分析純。

1.2 試驗(yàn)方法

將一定質(zhì)量的T501溶于50ml的電解質(zhì)中，采用階梯波伏安法（參數(shù)設(shè)定為：初始電位1.5V、終止電位-1.5V、電位增量10mV），分別考察酸堿鹽等不同電解質(zhì)溶質(zhì)以及其濃度對T501氧化峰峰電流的影響。

準(zhǔn)確移取T501含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）為0.05%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的標(biāo)準(zhǔn)油樣各1.5000g，利用均質(zhì)機(jī)，分別均勻溶解于50ml最佳電解質(zhì)溶液中，在初始電位-0.05V、終止電位-0.35V、電位增量6mV條件下，采用階梯波伏安法進(jìn)項(xiàng)電化學(xué)檢測，繪制T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)C與其峰電流Ip（μA）的校正曲線，同時對標(biāo)準(zhǔn)樣品處理后進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 電解質(zhì)中溶質(zhì)的種類及其濃度對T501峰電流的影響

將0.5000g的T501溶于50ml的電解質(zhì)中，以直徑4mm的石墨電極為工作電極，采用階梯波伏安法，分別考察酸堿鹽等不同電解質(zhì)溶質(zhì)的乙醇溶液（溶質(zhì)濃度0.20mol/L）對T501氧化峰峰電流的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1，表1表明：堿為溶解質(zhì)時T501的峰電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于酸或鹽為溶解質(zhì)時T501的峰電流，并且KOH為溶解質(zhì)時T501氧化峰的峰電流＞NaOH為溶解質(zhì)時T501的峰電流。故KOH為電解質(zhì)溶液的最佳溶解質(zhì)。

表1不同電解質(zhì)下T501抗氧化劑的電化學(xué)檢測結(jié)果

峰電流（10-5A）35.22 33.93 7.695 7.934 6.807 5.854電解質(zhì)KOH NaOH CaCl2MgCl2H2SO4HCl可行性可行可行可行可行可行可行

圖1 KOH濃度對電化學(xué)檢測結(jié)果的影響

將0.0500g的T501溶于50ml的電解質(zhì)中，以直徑4mm的石墨電極為工作電極，分別考察了電解質(zhì)中KOH的濃度對T501氧化峰的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。從圖1可以看出：T501的峰電流隨著KOH濃度的增加而增大；當(dāng)KOH濃度達(dá)到0.12mol/L后，T501氧化峰峰電流隨著電解質(zhì)中KOH濃度的增大而幾乎不變。故采用階梯波伏安法對T501進(jìn)行電化學(xué)分析時，電解質(zhì)溶液中KOH的濃度應(yīng)大于0.12mol/L。

綜合所述，使用階梯波伏安法檢測變壓器油中T501含量時，所需最佳電解質(zhì)溶液為KOH-乙醇溶液（KOH＞0.12mol/L）。

2.2 工作曲線

選取階梯波伏安法：初始電位-0.05V、終止電位-0.35V、電位增量6mV，以石墨電極（Φ 6mm）為工作電極，對標(biāo)準(zhǔn)油樣進(jìn)行電化學(xué)測試，標(biāo)準(zhǔn)油樣與電解質(zhì)溶液比例為1.5000g：50ml，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。結(jié)果表明：在0.05%～0.5%范圍內(nèi)，變壓器油中T501的質(zhì)量分?jǐn)?shù)C與其峰電流Ip有良好的線性關(guān)系，工作曲線回歸方程為C= 0.05506*Ip-0.19524（r=0.99995），檢出限（S/N=3）為0.043%。

表3 在運(yùn)行變壓器油實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖2 標(biāo)準(zhǔn)油樣的階梯波伏安曲線圖（T501濃度：0.05%～0.50%）

2.3 樣品分析

取標(biāo)準(zhǔn)油樣（T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.10%）0.7500g 3份，分別加入相同質(zhì)量的T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)依次為0.20%、0.40%、0.50%的標(biāo)樣，按照上述方法進(jìn)行電化學(xué)實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其回收率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 運(yùn)行變壓器油中抗氧化劑T501含量的測定

選取種類以及電壓等級均不同的在運(yùn)行變壓器油，按照前述電化學(xué)方法和國標(biāo)法（液相色譜法）分別進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，然后對實(shí)驗(yàn)結(jié)果依次進(jìn)行F檢驗(yàn)和t檢驗(yàn)，以判斷兩組數(shù)據(jù)是否存在顯著性差異，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：電化學(xué)方法和國標(biāo)法所測結(jié)果不存在顯著性差異（F值＜Fp,f（p=0.95,n1=n2=5）=6.39，t值＜tp,f（p=0.95,n1=n2=5）=2.31），即在運(yùn)行變壓器油中化學(xué)成分的不同對前述方法的準(zhǔn)確性無影響。

3 結(jié)論

通過研究T501的電化學(xué)行為，建立了一種新的測量變壓器油中T501含量的階梯波電化學(xué)方法，且變壓器油中化學(xué)成分的不同對前述方法的準(zhǔn)確性無影響，具有很好的實(shí)用性，對于保證變壓器油運(yùn)行的安全性有很大的意義。

[1]T.Wan,H.Qian,B.Feng,et al.Influence of copper ions in trans?former oil properties and adsorption treatment[J].IEEE T DIELECT EL IN,2013,20（1）∶141-146

[2]ASTMD6971-2004.Standard Test Method for Measurement of Hindered Phenolic and Aromatic Amine Antioxidant Contentin Nonzinc Turbine Oilsby Linear Sweep Voltammetry[S]

[3]Zhou Zhou,Feng Bing,Wan Tao,et al.Alternative Method for the Determination of the Antioxidant Content in Transformer Oil by Electrochemical Techniques[J].IEEE T DIELECT EL IN,2012,19（5）, 1498-1501

于衛(wèi)衛(wèi)（1987-），男，漢族，河南開封市人，助理工程師，碩士，單位：華電電力科學(xué)研究院，研究方向：電廠化學(xué)。

朱志平（1963-），男，漢族，湖南長沙市人，教授，博士，單位：長沙理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院，研究方向：電廠化學(xué)。