0引言
安全稳定是电力系统运行的首要要求。为保证电力系统正常运行,一方面需要在制造电气设备时严格选取绝缘材料,另一方面有必要加强故障的诊断与监测,及时发现并排除隐患。对于以油浸式电力变压器为典型代表的充油电气设备,油中溶解气体分析(dissolved gas analysis,DGA)是一种有效的故障诊断方法[1]。
然而变压器油在过热或油品含有某些污染物时可能会产生大量气体,一些新油同样能产生大量的气体尤其是氢气,因此容易误报电力设备故障,使得采用溶解气体分析判断电力设备运行状况显得更为复杂,影响电气设备故障判断的准确性[2]。为此,对市售的变压器油进行了分析,对不同变压器油在不同温度和不同时间下的产气特性进行了比较,为变压器的安全运行提供数据支撑。
1试验部分
1.1试验材料
选择了5种国内外生产的变压器油为考察对象,其中2种为国产的非环烷基加氢基础油(为方便,简称为非环烷基加氢变压器油A 和非环烷基加氢变压器油B,全文同),1 种为进口的非环烷基变压器油(为方便,简称为非环烷基变压器油C,全文同),其余 2 种为国产的环烷基变压器油(为方便,简称为环烷基变压器油D 和环烷基变压器油E,全文同),其典型的基本性能见表1。
从表1中的数据可以看出,非环烷基变压器油(变压器油 A,变压器油 B 及变压器油 C)由于其组成结构的缘故,具有更小的密度及更高的闪点(闭口),可以节约用油成本,提高应用安全性;同等低温冷态投运温度的变压器油(倾点在同一等级),非环烷基变压器油(变压器油 A,变压器油 B 及变压器油C)的低温黏度更小,低温流动性更好。变压器油E(环烷基)的析气性较好,可能是由于其加氢精制深度较低,芳烃组分较高,有利于析气。
1.2试验方法
根据《电工用流体 电气设备用矿物绝缘油》: IEC 60296—2020 标准中热应力下产气特性试验方法,取60 mL 油样于注射器中并充空气饱和,放入铜箔后密封,对比不同油品在相同时间(48 h)不同温度(105 ℃,120 ℃,140 ℃,150 ℃及160 ℃)下的产气数据;取60 mL 油样于注射器中并充空气饱和,放入铜箔后密封,对比不同油品在相同温度(105 ℃)不同时间(48 h,96 h,168 h及240 h)下的产气趋势。
2结果与讨论
2.1温度对变压器油产气性的影响
图 1~ 图 6 是 5 种变压器油依次在 105 ℃ ,120 ℃,140 ℃,150 ℃及160 ℃下老化48 h 后氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯,乙烷及二氧化碳(经测试, 5 种变压器油均未产生乙炔气体)等 6 种气体产气量随老化温度的变化情况。
由图1~图6 可以看到,5 种变压器油产生的氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯及二氧化碳都随着温度的升高而增加,在 120 ℃之后呈较大增长趋势;而产生的乙烷除环烷基变压器油E 随着温度升高,在 140 ℃后有相对较大的增长外,其他变压器油产生的乙烷量较小,随温度变化不大。根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》:GB/T 7252—2001 标
准,温度在 160 ℃及以下都属于低温过热,不会产生乙炔,乙烷产生量也不会高。
环烷基变压器油E 可能由于加氢精制深度较低,产气趋势变化相对较快,其在 150 ℃下产生总烃含量达145.8 μL/L,接近变压器运行过程中油中总烃含量注意值 150 μL/L,160 ℃下产生总烃含量达270.37 μL/L,超过注意值。其他变压器油的总烃含量在160 ℃下都未达到150 μL/L 的注意值。
2.2加热时间对变压器油产气性的影响
图7~图12 是5 种变压器油在105 ℃的相同温度下,依次老化48 h,96 h,168 h 及240 h 后氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯,乙烷及二氧化碳(经测试,5 种变压器油均未产生乙炔气体)等6 种气体产气量随老化时间的变化情况。
由图1~图6 可以看到,5 种变压器油产生的氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯及二氧化碳都随着温度的升高而增加,在 120 ℃之后呈较大增长趋势;而产生的乙烷除环烷基变压器油E 随着温度升高,在 140 ℃后有相对较大的增长外,其他变压器油产生的乙烷量较小,随温度变化不大。根据《变压器油中溶解气体分析和判断导则》:GB/T 7252—2001 标
准,温度在 160 ℃及以下都属于低温过热,不会产生乙炔,乙烷产生量也不会高。
环烷基变压器油E 可能由于加氢精制深度较低,产气趋势变化相对较快,其在 150 ℃下产生总烃含量达145.8 μL/L,接近变压器运行过程中油中总烃含量注意值 150 μL/L,160 ℃下产生总烃含量达270.37 μL/L,超过注意值。其他变压器油的总烃含量在160 ℃下都未达到150 μL/L 的注意值。
2.2加热时间对变压器油产气性的影响
图7~图12 是5 种变压器油在105 ℃的相同温度下,依次老化48 h,96 h,168 h 及240 h 后氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯,乙烷及二氧化碳(经测试,5 种变压器油均未产生乙炔气体)等6 种气体产气量随老化时间的变化情况。
由图 7~图 12 可以看到,随老化时间的延长,
5 种变压器油产生的氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯及二氧化碳都有所增长,但是在老化 168 h 之后基本趋平或者略有下降,其中一氧化碳和二氧化碳增长较快,乙烷的产生量相对较小,可能是由于 105 ℃为低温过热,变压器油主要产生一氧化碳和二氧化碳。
3结束语
非环烷基变压器油(变压器油 A,变压器油 B及变压器油 C)具有更小的密度和更高的闪点,可以节约用户用油成本,提高应用安全性。同等低温冷态投运温度的变压器油(倾点在同一等级),非环烷基低温黏度更低,低温流动性更好。
5 种变压器油产生氢气,一氧化碳,甲烷,乙烯及二氧化碳的趋势均随着老化温度的升高而增加,而乙烷生成量较少。
加氢精制深度较低的环烷基变压器油(变压器油E)的产气趋势变化相对较快,其在150 ℃下产生总烃含量达145.8 μL/L,接近变压器运行过程中油中总烃含量注意值 150 μL/L,160 ℃下产生总烃含量达270.37 μL/L,超过注意值。
105 ℃低温过热,变压器油主要产生的气体是一氧化碳及二氧化碳。
变压器油的产气趋势与基础油的精制深度有关,与基础油的组成无关。