不同溫濕度下處理后的變壓器油中水分和氣體含量的變化趨勢

于會民，王會娟，張綺，馬書杰

（1.中國石油蘭州潤滑油研究開發中心，新疆 克拉瑪依834003；2.中國石油潤滑油重點實驗室，新疆 克拉瑪依834003）

0 引言

變壓器油是一種運行周期長、對變壓器等電氣設備安全至關重要的液體絕緣材料，對其電氣絕緣性能有很高的要求，然而在變壓器油的貯存和運輸過程中，氣候條件（如溫度和濕度等）直接或間接地影響了變壓器油中的溶解水和氣體含量增高，導致其絕緣特性變差，影響其使用。此外，變壓器油在工廠向電氣設備注油或是在變壓器油現場配送前都需要進行真空脫水脫氣處理，以達到裝機的要求。然而處理后的變壓器油在貯存運輸或裝機運行過程中，以及現場維修更換部件，都會導致容器密封的泄露，潮濕的空氣擴散油中，從而導致油中水分和氣體含量增加，絕緣性能下降。為了提供上述條件下油中的水分和氣體含量的增加規律，開展經真空脫水脫氣處理后的變壓器油在不同溫度和濕度條件下水分和氣體含量增加趨勢的研究，以便于今后為變壓器油貯存、運輸和技術服務提供有力的技術支持。

變壓器油作為一種重要的絕緣介質，一般希望含有較低的溶解水分和氣體含量以確保具有良好的絕緣性能，但無論是剛生產的新油，還是經過真空脫氣脫水凈化處理的油，都含有一定量的水分和氣體。變壓器油中的水分主要以溶解水、懸浮水和沉積水三種狀態存在于變壓器油中［2］。隨著油溫的變化，水存在于油中的三種形態可以互相轉化［3］。

變壓器油中的氣體主要是空氣（氧氣、氮氣、二氧化碳和少量一氧化碳）和極少量的低分子烴類氣體（甲烷、乙烷、乙烯等）以及氫氣。本文以油中總氣體含量來表征油中的含氣量。

1 試驗材料及設備

1.1 試驗材料

主要試驗材料選擇電力行業應用量最大的昆侖變壓器油，其性質分析結果見表1。

表1 變壓器油性質

表1 （續）

1.2 主要試驗設備

研究過程中，主要試驗設備及樣品檢測儀器見表2。

表2 主要試驗設備及儀器

1.3 試驗方案

我國氣候類型復雜多樣，年平均濕度從0%到98%，平均溫度從－40℃到40℃之間波動［4］，變壓器油的運行溫度40～80℃。按照我國氣候變化范圍和油品實際貯存、運輸條件以及變壓器油的運行溫度范圍，確定該試驗方案，見表3。

表3 試驗方案

1.4 變壓器油處理

在容量為5L抽濾瓶中，將5L變壓器油采用1.2μm纖維膜進行真空過濾除去雜質，保證處理后樣品大于5μm的顆粒度小于1000個/100mL，然后在真空度小于100Pa以下、溫度40～60℃之間進行真空脫氣脫水處理，以保證處理后樣品達到特高壓直流換流變對裝機變壓器油的要求，即含氣量小于1%、水分含量小于10mg/kg的要求。處理后的變壓器油性質見表4。

表4 處理后的變壓器油性質

處理合格后，將充有5L變壓器油抽濾瓶直接放置于預設條件的恒溫恒濕箱中，進行試驗。

2 結果與討論

2.1 不同溫度、濕度下變壓器油中氣體含量變化規律

分別在濕度50%和80%下，考察溫度10～80℃之間處理后的變壓器油中水分和氣體含量隨著貯存時間的變化趨勢。含氣量達到飽和（10%）時，不同溫度下所需要的貯存時間，見圖1。

圖1 不同溫度油中含氣量達到10%的貯存時間

圖1結果表明，在同一濕度下，變壓器油中氣體含量達到飽和時（10%）所用的時間，與溫度有較大的相關性，溫度越高，所需要的時間越短。在相同溫度下，變壓器油中氣體含量達到飽和時（10%）所用的時間，與濕度有較大的相關性，濕度越高，所需要的時間越短。

2.2 不同溫度、濕度下變壓器油中飽和含水量變化規律

分別在濕度50%和80%下，考察溫度10～80℃之間處理后的變壓器油達到飽和含水量的時間。上層和下層油中水分含量相近且不再增加時，油中水分含量達到飽和。不同濕度下油中飽和含水量見圖2。

圖2 不同濕度和溫度下油中飽和含水量

圖2結果表明，在同一濕度下，變壓器油中飽和含水量的高低與溫度有較大的相關性，溫度越高，飽和含水量越高；在相同溫度下，變壓器油中飽和含水量的高低與濕度也有一定相關性，濕度越高，飽和含水量越高。高的溫度和高的濕度是導致油中含水量高的主要因素。

2.3 不同溫度、濕度下變壓器油中水分和氣體含量變化規律

2.3.1 在濕度50%時，不同溫度下變壓器油中水分、氣體含量隨著貯存時間的變化趨勢

在濕度50%下，分別在10℃和80℃溫度下，考察變壓器油中水分、氣體含量隨著貯存時間的變化趨勢，其結果見圖3和圖4。

圖3 變壓器油中水分和氣體含量變化（溫度10℃，濕度50%）

圖4 變壓器油中水分和氣體含量變化（溫度80℃，濕度50%）

圖3和圖4結果表明，在溫度10℃、80℃和50%濕度下，變壓器油中水分含量和氣體含量隨著貯存時間增加而增加，在較低溫度10℃下，油中水分含量基本不再增，且先達到飽和，而氣體含量依然持續增加，直到達到飽和量（10%）。在較高溫度80℃下，油中氣體含量先達到飽和量（10%），而油中水分含量依然持續增加，直到上下層水分含量不再持續增加為止。

2.3.2 在濕度80%時，不同溫度下變壓器油中水分、氣體含量隨著貯存時間的變化趨勢

在濕度80%下，分別在10℃和80℃溫度下，考察變壓器油中水分、氣體含量隨著貯存時間的變化趨勢，見圖5和圖6。

圖5 變壓器油中水分和氣體含量變化（溫度10℃，濕度80%）

圖6 變壓器油中水分和氣體含量變化（溫度80℃，濕度80%）

圖5和圖6結果表明，在溫度10℃、80℃和80%濕度下，變壓器油中水分含量和氣體含量隨著貯存時間增加而增加，在較低溫度10℃下，油中水分含量基本不再增加，且先達到飽和，而氣體含量依然持續增加，逐漸達到飽和量（10%）。在較高溫度80℃下，油中氣體含量先達到飽和量（10%），而油中水分含量依然持續增加，直到上下層水分含量不再持續增加為止。

3 結論

（1）在同一濕度下，油中氣體含量達到飽和時（10%）所用的時間，與溫度有大的相關性，溫度越高，所需要的時間越短。在相同溫度下，油中氣體含量達到飽和時（10%）所用的時間，與濕度有大的相關性，濕度越高，所需要的時間越短。

（2）在同一濕度下，油中飽和含水量的高低與溫度有較大的相關性，溫度越高，飽和含水量越高；在相同溫度下，油中飽和含水量的高低與溫度也有一定相關性，濕度越高，飽和含水量越高。高溫度和高濕度是導致油中含水量高的主要因素。

（3）在溫度10℃和80℃下，油中水分含量和氣體含量隨著貯存時間增加而增加，在較低溫度10℃下，油中水分含量先達到飽和，而氣體含量依然持續增加，直到達到10%的飽和量。在較高溫度80℃下，油中氣體含量先達到飽和量，而油中水分含量依然持續增加，直到上下層水分含量不再持續增加，才趨于飽和。

［1］祝景中.淺析變壓器油中的水分［J］.中國電力，1996，29（3）：61－ 62.

［2］路龍惠，朱昌平.變壓器油中微水檢測方法及其比較分析［J］.河北大學學報，2006，26（6）：668－672.

［3］孫才新.變壓器油中微水含量的實時測量［J］.高電壓技術，1998，24（1）：64－66.

［4］林學椿，于淑秋.近40年我國氣候趨勢［J］.氣象，1990，16（10）：16－21.