兩種變壓器油氧化安定性測定方法的比較

梁奇瑞 馮心憑,2 鄧翠花

1 中國石油化工股份有限公司茂名分公司

2 廣東南油石化有限公司

本文使用2種氧化安定性測定方法（SH/T 0206—92和NB/SH/T 0811—2010）分別對石蠟基和環烷基變壓器油油樣進行了500 h氧化試驗。結果表明，NB/SH/T 0811—2010方法要比SH/T 0206—92方法的試驗條件苛刻，更加接近變壓器油的實際使用情況，可以更好地表征油品的抗氧化性能。

變壓器油又稱絕緣油，目前主要是以礦物類油為主，多用于變壓器和浸油開關等。

變壓器在輸變電過程中會產生一定的熱量，需要通過變壓器油在變壓器中流動將其熱量移走。變壓器油在變壓器中由于受到空氣、電場、金屬以及絕緣材料等因素的影響，會發生氧化和裂解等多種化學反應。這些化學反應會導致變壓器油逐漸老化，進而產生揮發性的酸性氣體以及有機含氧化合物，這些化合物還會進一步生成膠質及油泥，最終導致油品性能老化而影響變壓器正常工作。因此，抗氧化性能是變壓器油一項非常重要的質量指標。

早在1990年，我國就公布了變壓器油產品標準GB 2536—90《變壓器油》，替代了GB 2536—81 標準。該標準中規定了氧化安定性質量指標及相應試驗方法（SH/T 0206—92《變壓器油氧化安定性測定法》）。

2011年，國家公布了GB 2536—2011《電工流體 變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油》。該標準將產品細分為變壓器油（通用級；特殊級）和低溫開關油三種產品規格，規定了氧化安定性質量指標及相應試驗方法（NB/SH/T 0811—2010《未使用過的烴類絕緣油氧化安定性測定法》）。

GB 2536—90和最新的GB 2536—2011標準使用了不同的試驗方法測定油品的氧化安定性能，為此有必要弄清楚兩種試驗方法究竟有何不同、哪種試驗方法更加苛刻、試驗結果是否有關聯性等問題。本文分別用SH/T 0206—92和NB/SH/T 0811—2010方法對幾種變壓器油油樣進行了氧化試驗。

試驗方法的比較

方法概要

SH/T 0206—92

SH/T 0206—92是參照采用國際電工委員會標準IEC 74—1963(1974)《評定絕緣油氧化穩定性的方法》制定的。該方法是在銅催化劑存在下，將25 g試樣置于110 ℃（不含抗氧劑的試樣100 ℃）油浴內，連續通入氧氣（氧氣流量1.0 L/h±0.1 L/h）164 h，試驗結束后測定其生成的沉淀物質量和油樣酸值。

NB/SH/T 0811—2010

NB/SH/T 0811—2010是 修改采用國際電工委員會標準IEC 61125—1992《未使用烴類絕緣油氧化安定性評價方法》（英文版）制定。該方法是在銅催化劑存在下，將25 g試樣置于120 ℃油浴內，連續通入空氣（空氣流量0.15 L/h±0.015 L/h）164 h，氧化安定性改善后的油品可以采用168 h的倍數，500 h適合于大多數的商品油。通過測定氧化后油品的揮發性酸值、油溶性酸值和沉淀物含量來評價抗氧化能力。

所對應產品標準的氧化安定性質量指標

GB 2536—90 和 GB 2536—2011中的氧化安定性的質量指標對比見表1。

由表1可見，GB 2536—2011標準與GB 2536—90相比有幾點不同：

◇將揮發酸的累計酸值并入試驗后油樣測得的酸值。

◇按照添加抗氧劑的加入量確定試驗時間，可以細分對抗氧劑加入量有明確要求的產品品質。

◇將變壓器油產品細分為通用和特殊兩種，可以滿足不同的質量需求。

主要控制條件對比

兩種試驗方法主要控制條件對比見表2。

從表2可見，NB/SH/T 0811—2010 與SH/T 0206—92相比有幾點不同：

◇使用空氣取代氧氣，通氣量約減小到老方法的1/7；

◇銅絲以表面積計算，比SH/T 0206—92大了約3倍；

◇氧化溫度比SH/T 0206—92提高了10 ℃；

◇增加了水吸收管測定酸值得出油品氧化誘導期，揮發性酸值并入油品總酸值，提高了酸值通過的苛刻度。

◇氧化試驗時間按加入抗氧劑的情況，定為164 h、332 h、500 h或更長。

氧化安定性試驗

選用中國石油化工股份有限公司茂名分公司加氫精制的基礎油為原料，分別按不同比例加入T501抗氧劑；選用市購的25號環烷基變壓器油作為參比油分別采用2種方法進行氧化安定性試驗。為了更好地比較2種試驗方法，本文在采用SH/T 0206—92試驗時增設了水吸收管，定期測量揮發性酸值。試驗樣品編號及添加劑加劑量見表3。

表1 兩種變壓器油產品標準中的氧化安定性質量指標對比

表2 兩種試驗方法主要控制條件對比

由于1～5號樣品都是同一種石蠟基加氫基礎油，僅是抗氧劑含量不同而已，所以僅對其中3號以及環烷基6號進行了理化性能測試，質量指標參照GB 2536—2011中的最低冷態投運溫度為-10 ℃的變壓器油，結果見表4。

表3 樣品編號及添加劑加劑量

表4 3號和6號樣品理化分析結果

結果及討論

酸值

揮發性酸值

SH/T 0206—92方 法 測 定的各油樣揮發性酸值見圖1。NB/SH/T 0811—2010方法測定的各油樣揮發性酸值見圖2。

由圖1可見，6號環烷基變壓器油樣揮發性酸值前期增加比較迅速，334 h達到0.1mgKOH/g，之后增長緩慢。1號未加抗氧劑油樣470 h時揮發性酸值是0.03 mgKOH/g，500 h試驗結束時突升到0.07 mgKOH/g。其他油樣的揮發性酸值都很小，且增加緩慢。164 h時，沒有一個樣品的揮發性酸值達到0.1 mgKOH/g（氧化誘導期指標），即使增加到500 h，也不能測得石蠟基油的氧化誘導期。

由圖2可見，6號環烷基變壓器油樣品301 h揮發性酸值突升至0.13 mgKOH/g后增加緩慢，試驗結束時為0.20 mgKOH/g。1號不加抗氧劑油樣和2號含0.1%抗氧劑油樣，揮發酸值分別在373 h和349 h達到0.1 mgKOH/g。NB/SH/T 0811—2010方法有3個油樣的揮發性酸值達到了0.1 mgKOH/g，說明其比SH/T 0206—92方法苛刻。

總酸值

500 h氧化試驗后各油樣的總酸值見表5。

圖1 SH/T 0206—92方法測定的各油樣總揮發性酸值

圖2 NB/SH/T 0811—2010方法測定的各油樣揮發性酸值

由表5可見，1號油樣采用NB/SH/T 0811—2010方法測定的油溶性酸值比SH/T 0206—92方法大很多，說明其更苛刻。試驗結束時，6號油樣的油溶性酸值很低，所以總酸值仍可達到特殊級變壓器油質量指標要求。加抗氧劑的石蠟基油樣總酸值都達到了特殊級變壓器油質量指標要求。

試驗后油樣顏色及沉淀物

2種方法500 h試驗結束后的油樣外觀分別見圖3、圖4。

由圖3、圖4可以看出，僅1號未加抗氧劑油樣顏色變深外，其他油樣都是淺黃色，NB/SH/T 0811—2010方法的油樣顏色相對都要比SH/T 0206—92方法的更深。

2種方法500 h氧化試驗后的沉淀物含量見表6。

從表6可見，使用SH/T 0206—92方法，除1號未加抗氧劑油樣外，其他含抗氧劑的油樣沉淀物含量均可達到指標要求。使用NB/SH/T 0811—2010方法，2號油樣只能達到通用級指標要求，達不到特殊級指標要求，3～6號油樣可以達到特殊級指標要求。

試驗后的銅絲

2種方法500 h試驗結束后的銅絲外觀分別見圖5、圖6。

表5 500 h氧化試驗后的總酸值

圖3 SH/T 0206—92方法500 h試驗后的油樣

圖4 NB/SH/T 0811—2010方法500 h試驗后的油樣

由圖5、圖6可以看出，500 h氧化試驗后，SH/T 0206—92方法的銅絲顏色呈紫紅色，發亮；NB/SH/T 0811—2010方法的銅絲顏色變暗。對兩次氧化試驗所用銅絲試驗前后都進行了稱重，未發現銅絲質量有明顯變化。

介質損耗因數

本次試驗各種樣品都是單樣，試驗后的樣品量很少，沒有進行介質損耗因數的測試。

結論與建議

◇變壓器油在實際使用中僅接觸少量空氣，而不是大量的氧氣，所以新方法更加接近于變壓器油的實際使用。

表6 500 h氧化試驗后的沉淀物含量

圖5 SH/T 0206—92方法500 h試驗后的銅絲

圖6 NB/SH/T 0811—2010方法500 h試驗后的銅絲

◇ NB/SH/T 0811—2010方法使用空氣，通氣量僅是SH/T 0206—92方法氧氣量的1/7，銅絲表面積則是SH/T 0206—92方法的約3倍，油溫從SH/T 0206—92方法的110 ℃提高到了120 ℃。由試驗結果可見，對于T501抗氧劑，提高氧化溫度10 ℃并且增加銅絲表面積3倍，要比使用通氣量大了7倍的氧氣試驗條件還要苛刻。

◇從本試驗結果可以看出，石蠟基樣品的揮發性酸值較??；而環烷基樣品的沉淀物含量較小。

◇SH/T 0206—92方法對于目前的基礎油質量情況來說，控制條件過于緩和，即使將氧化試驗的時間增加到500 h，也測不到石蠟基油樣品的氧化誘導期。而使用NB/SH/T 0811—2010方法，可以測得不含或低含量T501抗氧劑的石蠟基油樣的氧化誘導期，實用性更好。