变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

变压器油是电力变压器的关键绝缘材料之一，起着绝缘、散热、冷却和消弧的作用，对变压器的绝缘性能和使用寿命具有决定性的影响[1]。变压器油在生产、转运、储存、使用过程中不可避免地要接触橡胶材质的设备部件，如管材、密封垫等，橡胶材料的种类和性能不同，对变压器油性能的影响也不同。因此，变压器油除了需要具备优良的绝缘性能和抗氧化性能之外，其与橡胶材料的相容性也至关重要。
橡胶相容性是表征变压器油与橡胶材料适配性的指标，变压器油与橡胶部件间的相容性好，则其组成的绝缘系统中不易产生损害系统性能的物理或化学变化[2]。目前，常用的变压器油仍以矿物油型变压器油为主，是由石蜡基原油或环烷基原油通过先进的加氢组合工艺生产的混合烃，其化学组成均较为复杂，理化性能也随烃组成的不同而变化。
Atanasova-Hohlein指出，若变压器油与橡胶材料不相容，则可能影响变压器油的介电性能、理化性质和绝缘性能，因此进行变压器油橡胶相容性测试具有必要性。目前，对天然酯或植物油基绝缘油与橡胶材料相容性的研究较多，如胡婷等[2]进行了植物绝缘油与橡胶材料的相容性研究，黄芝强等[4]对天然酯绝缘油与变压器常用橡胶材料的相容性进行了研究。矿物型变压器油虽已经历了长期的应用实践，但对其与橡胶材料的相容性研究并不多。矿物型变压器油在生产、储运、使用过程中经常接触各类橡胶材料，橡胶材料对不同生产工艺和化学组成变压器油性能的影响尚未见报道。因此，系统地研究各种橡胶材料对不同组成矿物型变压器油性能的影响，对开发高性能变压器油具有指导意义，同时对变压器油和橡胶的选择匹配具有参考价值。
1 实验
1.1 原材料
选取不同烃组成的变压器油与不同种类的橡胶材料进行相容性试验，考察橡胶材料对变压器油性能的影响。收集了国内市场上来自不同种类原油、不同生产工艺、不同基础属性的6种矿物油型基础油，制备了不同烃组成的变压器油样品A，B，C，D，E，F，其中A、B为低芳烃含量石蜡基变压器油，C，D，E，F分别为芳烃含量不同的环烷基变压器油，其理化性质见表1。矿物油型变压器油的主要组分包括环烷烃、烷烃和芳烃[5]，按结构族组成对其分类如下：若基础油烷基碳率（CP，烷基链上的碳数占总碳数的比例）为42%～50%，则为环烷基油；若CP为50%～56%，则为中间基油；若CP为56%～65%，则为石蜡基油[6]。
由表1可知：样品A、B的密度较小、黏度指数高、CP > 56%、芳碳率（CA）为0，是典型的低芳烃含量石蜡基油；样品C、D、E、F的CP < 50%，属于环烷基变压器油，其CA依次增大，密度和黏度也相应增大。6种样品的色度均小于0.5，水质量分数均较低，在20μg/g左右。
橡胶材料选取石家庄贝克密封科技股份有限公司生产的不同种类的橡胶材料，主要有氢化丁腈橡胶（NHBR）、氟橡胶（FKM）、氯丁橡胶（CR）、三元乙丙胶（EPDM）、硅橡胶（SIL），参照《润滑油橡胶相容性测定法》（NB/SH/T0877—2014）[7]将各种橡胶材料制成标准哑铃形2型规格橡胶片（厚度为0.2cm，单面面积约15cm²）。
1.2 仪器
WO91B型高温试验箱，重庆四达试验设备有限公司产品；Lovibond PFXi880/P色度测量仪，英国Lovibond罗维朋公司产品；Mettler-Toledo ET15型手工滴定仪，瑞士梅特勒-托利多有限公司产品；K11型全自动表面/界面张力仪，德国KRUSS公司产品；变压器油全自动介质损耗测试仪DTLC，奥地利保尔公司产品；OTS100AF变压器油击穿电压检测仪，英国MEGGER公司产品；邵尔硬度计GT-DSAS001，高特韦尔检测仪器（青岛）有限公司产品。
1.3 橡胶相容性试验方法
按照电力行业标准《矿物绝缘油与变压器材料相容性测定方法》（DL/T1836—2018）[8]要求进行变压器油橡胶相容性试验。试验过程：先将橡胶试验片在（105±5）℃下预干燥16h，再将其放入800mL的新变压器油中，通入干燥氮气置换空气后密封，在（100±1）℃下老化164h。同时，以新变压器油作为空白样进行老化试验对比。
对老化后变压器油，按照《石油产品赛波特颜色的测定 赛波特比色计法》（GB/T3555）检测其颜色变化，按照《绝缘油酸值的测定 第2部分：颜色指示剂法》（NB/SH/T0836.2）检测其酸值变化，按照《液体绝缘材料相对电容率、介质损耗因数和直流电阻率的测量》（GB/T5654）检测其介质损耗因数，按照《石油产品油对水界面张力测定法 圆环法》（GB/T6541）检测其界面张力变化；按照《绝缘油击穿电压测定法》（GB/T507）检测其击穿电压。
对试验后橡胶试验片，按《硫化橡胶或热塑性橡胶压入硬度试验方法 第1部分：邵氏硬度计法》（GB/T531.1）检测其硬度变化。
2 结果与讨论
2.1 变压器油颜色变化
变压器油的颜色是表征油品精制深度的直观指标，对于运行设备中的变压器油，首先要检测其颜色，颜色变深则表明其可能开始变质。在IEC 60296—2020标准中，色度采用ASTM色标，并规定Type A类油色度小于0.5[9]。
由于目前变压器油基础油的生产均采用先进的加氢组合工艺，使得变压器油产品色度均小于0.5，而且橡胶材料相容性试验后变压器油的色度也均小于0.5，采用ASTM色标难以区分其变化。因此，本研究采用GB/T3555标准方法（赛波特比色计法）检测橡胶相容性试验前后的变压器油样品颜色，结果见表2。
表2 橡胶相容性试验前后变压器油的赛波特色号变化
由表2可知：芳烃含量较低的样品A，B，C，D的初始色号达到+30，芳烃含量较高的样品E、F的初始色号分别为+28、+22；经过老化试验后，各样品空白试验后的赛波特色号均略有下降，且芳烃含量较高样品的赛波特色号下降更加明显。
由表2还可以看出：橡胶材料对变压器油的颜色有不同程度的影响，其中三元乙丙胶影响最大，氟橡胶和硅橡胶影响较小；变压器油的芳烃含量越低，同种橡胶材料对其颜色的影响越小，反之则越大；当变压器油的CA < 4%时，不同种类橡胶材料对各种烃组成变压器油颜色的影响程度相近。
2.2 变压器油酸值变化
酸值是变压器油的一项重要指标，其在一定程度上反映了变压器油基础油的精制深度和氧化程度[10]。对于新变压器油，酸值指标要求不大于0.01 mgKOH/g。表3为橡胶相容性试验前后变压器油的酸值变化。由表3可以看出：6种变压器油样品的初始酸值均很小，经老化试验后其酸值基本没有变化；橡胶相容性试验后，变压器油的酸值均有不同程度的增大，其中氯丁橡胶、三元乙丙胶和硅橡胶的影响较大，均使变压器油的酸值增大到0.01mgKOH/g以上。此外，芳烃含量越高，酸值增加幅度越明显；当变压器油的CA < 4%时，不同种类橡胶材料对各种烃组成变压器油酸值的影响程度相近。
表3 橡胶相容性试验前后变压器油的酸值变化
2.3 变压器油界面张力变化
变压器油绝缘性能的劣化程度可以通过其界面张力变化幅度来衡量[11]。通常新变压器油的界面张力要求不小于40mN/m。橡胶相容性试验前后变压器油界面张力的变化如表4所示。从表4可以看出，空白样品在100℃,164h老化试验后，芳烃含量低的样品A，B，C，D的界面张力基本没有变化，芳烃含量较高的样品E、F的界面张力有所下降。
与空白样品相比，5种橡胶的相容性试验油样的界面张力均有不同程度的下降。其中，氢化丁腈橡胶、氯丁橡胶和三元乙丙胶的影响较大，试验后变压器油的界面张力均降到30mN/m左右。对于同种橡胶材料，不同烃组成变压器油的界面张力下降幅度基本相同，说明烃类组成对橡胶相容性试验后变压器油界面张力的影响不大。
表4 橡胶相容性试验前后变压器油的界面张力变化 mN/m
2.4 变压器油介质损耗因数变化
介质损耗因数对变压器油的劣化与污染程度很敏感，对于新变压器油而言，介质损耗因数只能反映油中是否含有污染物质和极性杂质，而不能确定极性杂质的种类。通常，新油中极性杂质含量极低，其介质损耗因数也很小，但当油品因氧化或过热而劣化或混入其他杂质时，随着油品中极性杂质或带电胶体物含量的增加，变压器油的介质损耗因数也不断增加。
橡胶相容性试验前后变压器油的介质损耗因数变化如表5所示。由表5可以看出：新变压器油的介质损耗因数均很小，空白试验后样品的介质损耗因数变化不明显；橡胶材料相容性试验后，氢化丁腈橡胶、氟橡胶和硅橡胶对变压器油介质损耗因数的影响很小，而氯丁橡胶和三元乙丙橡胶对变压器油介质损耗因数的影响很大，导致其数值已远超过GB/T7595—2017标准中规定的变压器油指标要求（不大于0.005）。相比于芳烃含量较低的样品A，B，C，D，芳烃含量较高的样品油E、F对氯丁橡胶和三元乙丙橡胶材料更为敏感，其介质损耗因数增幅显著。这说明芳烃含量越高，对变压器油介质损耗因数的负面影响越大。
表5 橡胶相容性试验前后变压器油的介质损耗因数变化
2.5 变压器油击穿电压变化
击穿电压是衡量电器内部耐受电压而不被破坏的能力尺度，也是检验变压器油绝缘性能的主要指标之一。干燥清洁的变压器油具有相当高的击穿电压，但当油品中含有游离水、溶解水或固体导电污染物颗粒等大电导率物质时，变压器油的击穿电压会显著下降，原因在于这些物质在电场作用下会形成导电桥路。因此，测定不同使用时期变压器油的击穿电压可以判断其中含有水分、杂质和导电微粒的量。
橡胶相容性试验前后变压器油的击穿电压变化如表6所示。由表6可以看出：与空白样品相比，三元乙丙胶、氯丁橡胶和氟橡胶对橡胶相容性试验后油样均保持了较高的击穿电压（70～80kV），说明其对不同烃组成变压器油的击穿电压影响不大；氢化丁腈橡胶的影响稍大，各种样品的击穿电压均有10kV左右的降幅；硅橡胶对各种变压器油的击穿电压影响显著，其降幅非常明显，均在50%以上，甚至超过70%。此外，不同烃组成变压器油的击穿电压变化没有明显规律，说明烃类组成对变压器油橡胶相容性试验后击穿电压的影响不明显。
综合上述结果来看：不同烃组成的变压器油与橡胶材料进行相容性试验后，低芳烃含量的环烷基和石蜡基变压器油的颜色、酸值、界面张力、介质损耗因数和击穿电压变化均不明显；芳烃含量升高对变压器油橡胶相容性试验后的颜色、酸值和介质损耗因数影响较大，且芳烃含量越高影响越显著；但芳烃含量对变压器油界面张力和击穿电压的影响不大。这是因为芳烃含有苯环结构，橡胶相容性试验过程中芳烃比饱和烃更容易发生氧化反应，生成极性氧化物，且芳烃含量越高，生成的极性氧化物越多，因而对油品稳定性影响越显著；但是橡胶相容性试验过程中芳烃氧化反应并未生成水、表面活性物质及导电固体颗粒，因此变压器油的界面张力和击穿电压受烃类组成影响不大。
从橡胶相容性试验结果来看：氟橡胶与各种烃类组成变压器油的相容性最好，原因在于氟橡胶是一种合成高分子弹性体，其主链或侧链的碳原子上含有氟原子，具有较好的耐油性和相容性。而三元乙丙胶、硅橡胶和氯丁橡胶与各种烃类组成变压器油的相容性差。三元乙丙胶是乙烯、丙烯及非共轭二烯烃的三元共聚物，其分子内部没有极性基团，基本上不具备耐油性；硅橡胶主要成分为线性有机硅氧烷聚合物、交联剂、补强填料及其他配合剂。三元乙丙胶和硅橡胶与变压器油接触一段时间后容易发生溶胀现象，某些添加剂或填料渗出到油中，从而导致变压器油的性能变差。氯丁橡胶是由氯丁二烯进行α聚合得到的合成橡胶，其分子链中含有极性基团（一Cl），属于极性橡胶，与变压器油混合后可能对油品的介质损耗因数造成较大影响。
2.6 橡胶材料性质变化
橡胶相容性试验后，橡胶材料的性质也会发生变化。硬度是评价橡胶材料性质的重要指标，硬度降幅较大会影响橡胶的密封性能，硬度增幅较大则会增大密封材料的装配难度[12]。如果橡胶相容性试验后橡胶材料的硬度变化幅度较大，说明橡胶与变压器油发生了较为剧烈的反应。橡胶相容性试验后各种橡胶材料的硬度变化如图1所示。由图1可以看出，橡胶相容性试验后，硬度下降最显著的是三元乙丙胶，其次是硅橡胶和氯丁橡胶，氟橡胶硬度降幅最小，这同样说明了各种橡胶与变压器油的相容性。从图1还可以看出，变压器油烃类组成对各种橡胶材料硬度变化的影响不明显。
图1 相容性试验后橡胶材料的硬度变化
—●—氢化丁腈橡胶；—■—氟橡胶；—▲—氯丁橡胶；—▼—三元乙丙胶；—◆—硅橡胶
此外，橡胶材料的硬度变化与油品性能变化相对应，其中三元乙丙胶硬度变化最大，说明其与油品反应程度最深，相应变压器油的颜色、酸值、界面张力及介质损耗因数明显变差；硅橡胶硬度变化其次，其与油品反应导致变压器油击穿电压大幅下降；氯丁橡胶硬度变化也较大，其与油品反应造成变压器油介质损耗因数急剧增大。
3 结论
（1）橡胶材料相容性试验结果表明，芳烃含量越高，试验后变压器油的颜色越深、酸值越大、介质损耗因数越高。低芳烃含量的变压器油，无论是石蜡基油还是环烷基油，其试验后的颜色、酸值和介质损耗因数变化均不明显。
（2）各种橡胶材料中，氟橡胶与各种烃类组成变压器油的相容性最好，而三元乙丙胶、硅橡胶和氯丁橡胶与各种烃类组成变压器油的相容性均较差。
（3）三元乙丙胶、氯丁橡胶和硅橡胶对变压器油的界面张力、介质损耗因数、击穿电压影响较为明显，这与橡胶材料的分子结构、官能团和添加剂组成有关。相容性试验后，这3种橡胶的硬度变化较大，说明其与变压器油发生了较为剧烈的反应。从试验结果看，橡胶材料种类对变压器油性质的影响程度大于变压器油烃组成的影响。
（4）不同种类橡胶材料对变压器油的不同性质的影响程度不同，评价变压器油的橡胶相容性需要综合评判橡胶材料对油品各项性能的综合影响。