變壓器油處理的環保和效益分析

任喬林，肖 灑，任貝婷，肖亞平，黃旦莉，陳 黎

（1．國網湖北省電力有限公司孝感供電公司，湖北 孝感432000；2．國網湖北省電力有限公司隨州供電公司，湖北 隨州441300；3．三峽大學，湖北 宜昌443002）

0 引 言

目前，隨著國家對環保要求越來越嚴格，國內各發供電單位變壓器廢舊油再生處理工作蓬勃開展，對高硫含量變壓器油研究加速。當變壓器油老化時，油的粘度增高，會嚴重影響脫硫吸附劑的處理效率［1，2］。本文采用自制的載銅吸附劑（XDK?型系列吸附劑），對某核電站的劣化變壓器油進行再生處理，再生油的各項性能符合國家變壓器油標準，但是經過負荷運行后發現再生油脫硫不徹底，硫腐蝕反彈時間短，需要增加再生處理的頻次。IEC最新標準對潛在硫腐蝕性、總硫含量有要求，要求檢測不出鈍化劑、DBDS（二芐基二硫）；我國變壓器油標準也對此作了相應修訂。由于使用環境的特殊性，變壓器對于再生油的品質要求高，除了總硫含量和硫腐蝕性，還要將金屬離子含量、介損、體積電阻率、絕緣性、老化速度等系列指標納入研究范圍，需要在變壓器的較長周期的實際使用中對吸附劑再生效果進行系統評價［3，4］。

1 材料與方法

1.1 主要實驗試劑

表1 實驗試劑

1.2 設備和材料

表2 實驗設備和材料

1.3 XDK?吸附劑與納米載銅活性炭聯合吸附劑對硫腐蝕劣化變壓器油的吸附

取具有嚴重腐蝕性硫的變壓器油樣200 g，按油重的10%加入脫硫吸附劑和3%XDK?吸附劑浸泡，在同一吸附條件下：油樣溫度為70℃，吸附時間為48 h；所得油樣過濾后通過ASTMD16。

2 變壓器油處理案例分析

2.1 某水電站高介損高硫含量變壓器油聯合處理結果分析

2015年9月，對某水電廠2＃主變76．8噸ABB絕緣油進行了簡化分析試驗，其中水分、擊穿電壓等項目均符合GB／T7595－2008《運行中變壓器油質量》要求的質量標準，但是介損達到2．17%，體積電阻率3×1010Ω．·m；采用XDK?吸附劑對變壓器本體循環過濾后，對2＃主變絕緣油進行了簡化分析試驗，其中水分、擊穿電壓、水溶性、酸值、閃點、界面張力、含氣量等指標均符合GB／T7595－2008《運行中變壓器油質量》要求的質量標準。體積電阻率升至11．3×1010、介損降低到0．18%。經過本次處理的變壓器達到投運前變壓器油標準。

2015年12月，剩余的37噸ABB變壓器油（儲存在大罐內）進行吸附處理，條件：3%吸附劑、48 h、50℃，得到的變壓器油介損降低到0．01%，其他指標均合格。2016年1月，將處理后的油樣送石油權威部門試驗，經試驗后的腐蝕性指標結果滿足IEC62535標準要求。通過變壓器吸附處理，進口變壓器介損合格，節約了大量購買新油的費用，保護了環境。對該電廠變壓器油樣（大油罐，本體下部取樣閥處取樣）通過ASTMD1275－2003（B法）進行絕緣油硫腐蝕性測試，對比ASTMD銅腐蝕標準，變壓器油罐硫腐蝕測試結果是4a，變壓器油已經出現了明顯的硫腐蝕性。使用XDS型吸附劑處理后，變壓器油的硫腐蝕性降低到3a，相對于原油（4a）的硫腐蝕性有明顯的降低，屬于無腐蝕區。總硫降到接近1500的標準，用WK－2E型微庫侖綜合分析儀測量其總硫含量：成功地將清江隔河巖水電站的＃1－＃4主變ESSO變壓器油含硫量從1 896 mg／L降至1 128 mg／L；處理后油腐蝕性硫通過IEC62535方法測量為非腐蝕性。

可以看出，變壓器油經過聯合吸附處理后，介損、硫含量和腐蝕性均達標，避免了換油，為國家為企業節約了大量石油資源。

2.2 某變壓器公司鈍化劑和DBDS抗氧化劑處理

2016年1月，接到某變壓器公司要求，因為香港某公司按照IEC國際標準要求，不能含有DBDS和鈍化劑，所以需要對含有鈍化劑和DBDS的運行油進行處理。

本課題組在湖北工程學院協助下，研制了索氏試劑DBDS脫出劑。10 g固體氫氧化鈉加入50 ml分子量400（或1000）的乙二醇中，加熱到80℃，直到完全溶解，得到棕色的樣品，見圖1。左邊為PEG－400（油狀液體，粘度很大），右邊為PEG－1000（固態，有結晶現象）。加入500 ml變壓器油（DBDS含量為117 ppm）溫度升至120℃，然后逐漸降低溫度到80～120℃，處理60 min后分別取樣（處理后的樣品為黃色的液體變壓器油，需要進一步做脫色處理），并進行油品中DBDS含量測試。沒有檢測到DBDS。由測試結果可知，此方法能有效除去DBDS。

圖1 油處理實驗圖

2.3 某核電站對高硫含量變壓器油的處理

某核電站發電廠變壓器，主變額定容量為1 125 MVA，由三臺375 MVA的單相變壓器組成，變比為26 kV→400／500 kV（420／525 kV），由英國 GEC公司制造，1988年出廠，冷卻方式為強油風冷，開放式運行。其每相變壓器油體積92 m3，油枕油7 m3，主變油由英國 CARLESS ROFINING AND MARKETING LTD公司提供，產品牌號為：TRANSOIL1，為環烷基型礦物絕緣油，油中不含抗氧化抑制劑，滿足英國BS148－1984標準（目前該標準已經升級為BS148－1998）。

從1999年開始采用孝感供電公司的XDK?吸附劑進行油吸附處理降低介損，取得了較好的效果。但是2010年經IEC62535方法檢測為腐蝕性，經過與CARLESS ROFINING AND MARKETING LTD 公司聯系購買新油補充，其新油為非腐蝕性，采用新油加入吸附后對變壓器油進行補充。然而2012年后此變壓器油廠停產，考慮到沒有新油補充，只好將約720噸變壓器油全部作廢賣掉。

2.4 對某工廠變壓器油的真空濾油

2017年1月，接到云夢縣大展鋼廠的任務，對工廠的三臺變壓器共20多噸油進行真空濾油工作，其中包括 2 個10 kV、6 500 kVA的 變 壓 器 油 6 噸 和550 kVA的變壓器油5噸，一個35 kV、14 000 kVA的變壓器油14噸。這20多噸變壓器油中H2含量濃度有150 PPM，并且CO、CO2含量也超出標準；經過真空濾油等一系列處理后，其各項指標均降至合格范圍，該變壓器油得到重新利用，無需重新購買新油替換。

2.5 某換流站變壓器油的處理

西安西電政平一500 kV換流站有廢棄變壓器油共36噸，介損等指標均不合格。經使用孝感供電公司的XDK?吸附劑進行油吸附處理后，變壓器油的介損值降到了0．036%，耐壓等級提升到了60 kV，微水含量降至10，達到變壓器油使用標準。

2.6 某變電站變壓器油的回收處理

彭灣變電站有不合格的廢棄變壓器油15噸，經測試得到該廢棄變壓器油的介損值高達3．5%，微水量達19，經色譜分析檢測變壓器油中CO2含量高達200，耐壓值為40 kV。指標不合格的變壓器油，繼續在變壓器中使用存在很大的風險。將這些廢棄的變壓器油回收，在油處理中心經過吸附處理后，變壓器油的介損值大大降低，至0．2%，微水值也降至11，CO2含量降至100，耐壓值提高到60 kV。均符合 GB／T7595－2008《運行中變壓器油質量》要求的質量標準。

3 環保效能分析

在2．1節中對某水電站的4臺機組進行測試，有兩臺已出現明顯腐蝕現象，一臺出現輕度腐蝕，表明在變壓器油中硫腐蝕現象已大量存在，解決變壓器油的硫腐蝕問題能大大延長變壓器油的使用壽命。我們通過不同方法對ASTMD銅腐蝕標準等級為4a的變壓器油進行處理，其中載銅活性炭處理的方法效果最好。根據其他幾個對變壓器油的處理案例可以看出，通過XDK?等吸附劑對廢油進行吸附處理，都可以大大降低變壓器油的介損值。通過真空濾油等一系列處理方式，可以大大提升變壓器油的性能，降低廢油中的微水和雜質含量，包括H2、CO和CO2等，提高變壓器油的耐壓值和絕緣性能。通過對不合格變壓器油的處理，可以提高變壓器油的各項性能指標，達到GB／T7595－2008《運行中變壓器油質量》要求的質量標準，繼續投入使用，達到變廢為寶的目的。節約大量資源，同時也避免了腐蝕性油對環境的污染。

4 效益分析

4.1 環保生態效益分析

在能源資源吃緊、生態環境嚴峻的今天，節能環保已成為一個熱點問題，在社會飛速發展的情況下降低生態壓力是今后科學研究的一個大方向。中國人口眾多，資源相對不足，要實現經濟社會的可持續發展，必須走節約資源的道路。近年，我國大力提倡綠色環保、可持續發展，面對嚴峻的環境形勢，國家在“十一五”規劃中專門明確了節約資源和保護環境的基本國策，并提出了建設資源節約型、環境友好型社會的目標。對廢舊變壓器油的回收再利用符合國家可持續發展戰略，經過吸附劑處理后的廢舊變壓器油可以重獲新生，再次利用減少新油的使用，節約了資金和能源，減小了能源壓力，同時廢舊變壓器油的再利用也避免了其自身對環境的污染。

廢舊變壓器油分類收集再利用的關鍵技術及其成套設備的應用產生了可觀的生態效益。對于生態效益的評價，學術界往往從原材料強度指標、能耗強度指標、污染物排放指標等方面進行。根據現有的評價理論，在績效評價相關研究成果的基礎上，對于廢舊變壓器油品回收再生的特殊性，借鑒綠色物流評價理論與方法，建立了如圖2所示的生態效益評價指標體系。

根據圖2的評估指標，以2003年的《排污費征收使用管理條例》（國務院令第369號）為基準進行變壓器油處理的生態效益核算：在廢舊變壓器油品再生項目實施的近三年（2014～2016年）里，共處理變壓器油2 280噸，其中2014年到2016年產值能耗分別為1 028噸、1 085噸和1 142噸標準煤，按照2016年標準煤均價550元／噸，效益為179．025萬元。水質污染當量數分別為7 200 000、7 600 000和8 000 000，按照油污染水排污費0．7元／污染當量計算，效益為1 596萬元。土壤污染度分別為1 028噸、1 085噸和1 142噸，按照土壤油污染排污費75元／噸計算，效益為24．2775萬元。固體污染度分別為36噸、38噸和40噸，按照油污染固體排污費0．1萬元／噸計算，效益為11．4萬元。大 氣 污 染 當 量 數 分 別 為1 526 400、1 611 200和1 696 000，按照廢氣吸附排污費0．6元／污染當量計算，效益為483．36萬元?？傆嫳卷椖慨a生的生態效益為2 294．0625萬元。

圖2 生態效益評價指標體系

4.2 經濟效益分析

近年來社會用電量不斷增加，電網建設也隨之不斷加快，絕緣油設備數量大幅增加，絕緣油回收處理工作也逐步顯得重要。據統計，就湖北省電力公司2015年管理及代維的500 kV、220 kV、110 kV變電站，就有八百多座，絕緣油設備中所擁有的絕緣油大約13 405噸。按照絕緣油設備大修期為10～15年計算，每年需要更換絕緣油約894噸，按現有價格計算購買新油，每年約需800萬元。若將這些廢棄變壓器油回收處理再利用，每噸處理費約5 000元，回收中心每年系統內廢油處理費約447萬元。就湖北省而言，利用變壓器油回收再利用技術處理每年就可以節約幾百萬的資金。如若在全國大力推行使用變壓器油再生技術，可以大大節約成本，減少資金投入。

5 結 論

（1）XDK?吸附劑與脫硫劑聯合處理再生變壓器油的方法，能夠達到降低廢舊變壓器油硫含量以及介損的目的，達到環保節能效果，節約大量的石油資源，為電力油務中心的環保效益開發提供了很好的借鑒。

（2）各發供電電力用油使用單位由于歷史的原因，會產生大量廢舊變壓器油，我們完全可以針對性地采取措施，解決變壓器油被廢棄而污染環境的命運；建議電力用油單位加大環保力度，做好收集和分類基礎工作，從而加強危險廢物規范處置。

（3）XDK?吸附劑與脫硫劑聯合處理再生變壓器油的方法可以用于現場油處理。本課題組三年以來，處理變壓器油2 280噸，直接經濟效益3 420萬元，生態效益2 294．0625萬元，總計5 714．0625萬元。

（4）采用XDK?吸附劑可以吸附掉鈍化劑、除掉DBDS。確定堿法除去絕緣油中DBDS的試驗時間，并用活性白土進行脫色處理，從而確定絕緣油吸附工藝，并在此基礎上設計出新型絕緣油再生設備。

（5）按油重3%XDK?吸附劑和油重10%脫硫劑加入到廢舊變壓器油中來進行處理，能夠有效地脫除油樣中的腐蝕性硫，使油樣的腐蝕性從4a級（腐蝕區）降低到2a級（無腐蝕區）。達到IEC有關變壓器油總硫和腐蝕性硫標準要求，從而使廢舊油環保再利用。利用變壓器油回收再利用技術處理，每年就可以節約幾百萬的資金，經濟效益可觀。