变压器油培训讲义1

变压器油的性能、试验和处理TPRI讲课人：王允二○○九年七月第一页，共一百四十五页。

电力变压器按绕组的绝缘和冷却介质分类，可以分为液体浸渍变压器、气体绝缘变压器和干式变压器。目前在液体浸渍变压器中广泛使用的绝缘液体是变压器油，因其除了具有性能优良、天然存储量丰富、价格低廉等优点外，还具有下列特点：第二页，共一百四十五页。1、和纸绝缘（纤维材料）结合使用，具有极高的击穿电压，可以减少绝缘距离，降低成本；2、变压器油的粘度低，传热性能良好，使充油设备有良好的热循环回路，以达到冷却散热的目的；3、隔绝设备（铁心和绕组）绝缘与空气的接触，防止绝缘受潮，减缓设备的老化，延长设备的使用寿命；4、在油浸开关设备中，变压器油主要起到灭弧作用。第三页，共一百四十五页。

变压器油的化学结构非常复杂，目前所知道的变压器油大约有2900种烃类成分。从应用的角度，我们不一定要完全搞清楚其烃类成分，但我们必须了解变压器油的种种特性和功能，以及在运行中油的氧化过程极其氧化产物，为及时发现变压器油异常和充油电气设备的故障，确保其安全经济运行做出贡献。第四页，共一百四十五页。主要内容§1.

原油的化学组成和变压器油的炼制工艺§2.变压器油的性能及试验§3.变压器油的老化和污染§4.变压器油的维护和处理TPRI第五页，共一百四十五页。

§1.

原油的化学组成和变压器油的炼制工艺

一、原油的性质和化学组成

二、生产变压器油的原油

三、变压器油的炼制工艺TPRI第六页，共一百四十五页。一、原油的性质和化学组成1、原油的元素组成原油主要由C、H及S、O、N五种元素组成，还含有微量的金属元素和非金属元素。这五种元素在原油中的含量分别为C占83%—87%，H占10%—14%，S占0.02%—2%，O占0.05%—2%TPRI第七页，共一百四十五页。2、原油的馏分组成汽油馏分（40—180℃）C6—C10煤油馏分（180—280℃）C10—C16柴油馏分（280—360℃）C17—C20润滑油馏分（360—500℃）C20以上第八页，共一百四十五页。润滑油馏分：汽轮机油变压器油第九页，共一百四十五页。3、原油的化学组成

烷烃（饱和烃，通式为CnH2n+2)

环烷烃环状化合物，根据构成环的碳原子数目，可以是三元环、四元环、五元环和六元环的结构；而根据环的数目，环烷烃可以是单环和双环的结构。其结构特征为：链烯烃（非饱和化合物）芳香烃非烃组成CH2CH2H2CCH2H2C第十页，共一百四十五页。变压器油是烃类化合物，其结构由烷烃（CnH2n+2）、环烷烃（CnH2n）、芳烃（CnH2n_2）组成，而烷烃又分直链烷烃和异构烷烃。直链烷烃是直线型的正链烷烃（正构烷烃），即石蜡结构的组合分子呈直线或分枝状；直线型的正链烷烃称之为石蜡，若含正链烷烃的油冷却下来，则油的流动性就会受到阻碍。直链烷烃通常是生产蜡、化工产品及汽油柴油的原料。直链烷烃凝点高，在高电压下易于产生氢气。使油粘度随温度变化很大，在低温时油易凝固。

第十一页，共一百四十五页。长直链的脂肪族饱和烃，不仅影响变压器油的倾点，使倾点升高，而且在高压电场中，最易析放氢。在高温下，易氧化生成酸，应通过脱蜡或加氢异构化把这类饱和烃除去或改质。此外，应将影响氧化安定性的碱性氮化合物减少。

第十二页，共一百四十五页。异构烷烃由于具有许多优良的性质而成为变压器油的主要组成部分。其特性：①闪点高，其闪点高于170℃，安全性好；②凝点低；③酸值低，其酸值小于0.00lmgKOH/g；④氧化安定性较好，其使用寿命可达30年；⑤界面张力很高；⑥抗光、电的作用极强，在烈日和高电压下仍能保持非常好的稳定性；⑦析气性适中。

第十三页，共一百四十五页。环烷烃分子为封闭的环状链，分子结构严密，不易破坏。环烷烃结构的组合分子是环烷，其特点是具有极佳的低温特性，溶解能力较正链烷烃高，在环结构中有5一7个碳原子，最常见的是6个碳原子。可以得到廉价的低凝固点油。在炼油加工工艺不太先进，人工难以制造低凝点油的时代，这一点很宝贵。尤其是对生产45号变压器油，石蜡基油经几道工序，用很大成本，也做不到这一点。第十四页，共一百四十五页。通常环烷烃和异构烷烃都可达到变压器油的电性能，差异在于加工方法和条件。环烷烃的析气性适中，缺点是闪点低，抗氧化性能稍差。但环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性，凝固点低，使用温度范围宽，介质损耗因数小，电气强度高。

第十五页，共一百四十五页。芳烃按结构又可以分为单环芳烃、多环芳烃和稠环芳烃。实验表明，后两种芳烃氧化安定性差，是生产中应该清除的。单环芳烃因为它具有良好的析气性，可用于超高压变压器油。芳烃最大的缺点是对健康有影响。芳族结构的变压器油都含有芳族分子，芳族分子至少包含一个6碳原子的环，含一个碳原子环称单芳族，含有多个碳原子环称聚芳族；其特性与石蜡分子、环烷分子完全不同。变压器油中单芳族必定是烷基化，一般具有良好的电气性能和吸气特性，且单芳族在氧化过程中是比较稳定的。第十六页，共一百四十五页。聚芳族PAC是在加氢过程中形成的。此外，在自然环境下PAC也会在油中产生，随着沸腾范围的增加，通常PAC含量也会增加。PAC具有良好的抑制氧化作用，吸气能力比单芳族好，PAC对电气性能会有不良的作用。芳烃在天然石油中含量较少，但在环烷基石油中含量较高，其化学稳定性和介电稳定性较好。在电场作用下，不但不析气反而吸气，具有一定的抗析气性，对延长电力设备使用寿命有意义。但芳烃在电弧作用下生成碳粒较多，会降低电气性能。芳烃易燃，随含量增多而使油的密度和粘度增大，其介质损耗因数比烷烃稍大，因此变压器油中只宜保留一定的数量。第十七页，共一百四十五页。

变压器油分子中碳原子个数为16一23，其分子量在250-310范围内。第十八页，共一百四十五页。用通常手段加工的环烷基变压器油中芳烃含量一般为8%-9％。据介绍，出于环保原因，美国1991年规定，8.16MPa加氢压力，427℃下生产出来的环烷基油才可以在美国随便销售，否则要加注“含有致癌物质”。尼纳斯公司及英国变压器油标准中在健康环保项目下规定多环芳烃含量小于3%，反映了欧美对此问题的重视，也说明变压器油中确实存在多环芳烃。我国变压器油二环以上芳烃（包括稠环胶质）石蜡基约为5.5%，环烷基约为3.1%，以异构烷烃为主调和的变压器油为0%~1.5％。

第十九页，共一百四十五页。任何种油品要达到完全由理想组分来组成是不现实的，因在各种原油中，以上各种烃类都有存在。在石蜡基原油中直链烷烃多一些，环烷基原油中环烷烃多一些，合成异构烷烃中异构烷烃为72%，环烷烃约28%，基本没有芳烃。变压器油较好的生产方案是，以环烷烃或异构合成烃为主，后者需添加深精制环烷基原料，适量合成单环芳烃为辅，并根据用户的需要加人复合添加剂。这样组合的变压器油安全性、电性能、安定性均处于最好水平，且毒性小。第二十页，共一百四十五页。法国等欧洲一些国家规定变压器油用石蜡基原油生产，但通过深加工令这种油中的直链烷烃、芳烃含量很低，主要含异构烷烃和环烷烃。第二十一页，共一百四十五页。变压器油组分性能比较

变压器油的理想组分为异构烷烃、环烷烃和少量的单环芳烃。

安定性：合成异构烷烃＞环烷烃＞单环芳烃。

电性能：均可以。

析气性：单环芳烃优于异构烷烃、环烷烃。

安全性（闪点）：合成异构烷烃＞单环芳烃＞环烷烃。对人危害性：芳烃＞异构烷烃、环烷烃。

凝固点：合成单环芳烃最低，合成异构烷烃、环烷烃相当。第二十二页，共一百四十五页。为保障变压器油在长期运行条件下，保持其优良的绝缘和散热作用，要求作为介质的烃类分子结构稳定。它能够在高电压电磁场中不产生分解，甚微地析放氢或生成甲烷、乙烷气体。能承受热负荷的作用，在运行10一15年的长时间中，只允许甚微的化学变化（如油泥产生、酸值增加）。对变压器油的这些功能要求体现在对变压器油的各种试验，以及限定的规格指标范圈中，其实就是对产品烃组成的限制。第二十三页，共一百四十五页。一般来说，构成变压器油的各种烃类（石蜡烃、环烷烃和芳烃）的比例要适当。石蜡烃、环烷烃的氧化产物具有促进氧化的作用，而芳烃的氧化产物具有减缓和阻止氧化的作用，但芳烃含量高，会使基础油对抗氧抑制剂的感受性变差，从而影响变压器油的氧化安全性。变压器油需要有适宜数量结构稳定的芳烃，以保证变压器油的抗析气性能和溶解变压器油运行过程中产生油泥的性能。而对于多支链、短侧链、多环结构的芳烃，多环结构环烷烃，重质的环烷烃都应在加工中除去。很多厂家用常规手段生产的油品中含有微量的不饱和烃（烯烃、炔烃等）和含有氮、硫、磷元素等有害的有机化合物，影响变压器油的安定性。一些无机盐，如硫酸盐、盐酸盐都应除净。第二十四页，共一百四十五页。环烷基油和石蜡基油性能的对比

日常使用的大量的变压器油主要分石蜡基油和环烷基油两大类，前者又称烷烃基油，后者又称环烷烃基油。天然原油的化学组成较复杂，不同产地或同一产地不同油井甚至同一油井不同油层开采出来的石油的化学组成也不是完全相同的。为了判断原油的特点，采用API度关键馏分分类法，测定两个关键馏分的密度而计算出API度，将原油分为石蜡基，石蜡一中间基，中间一石蜡基，中间基，中间一环烷基，环烷一中间基，环烷基共7类。但一般将变压器油源粗分为石蜡基油源、中间基油源和环烷基油源三类。硫含量＜0.5％为低硫，>2％为高硫，中间值为中硫。第二十五页，共一百四十五页。我国的环烷基原油主要分布在新疆九区（克拉玛依）、大港羊三木、胜利单家寺、辽宁欢喜岭等油区，而大庆等地的原油都是石蜡基原油。国际上环烷基原油只占总原油2%，较少。石蜡基油和环烷基油的芳烃含量较相近，主要差别是石蜡基油的链烷烃含量较高，而环烷基油的环烷烃含量较高，特别是三环和四环的环烷烃较高。第二十六页，共一百四十五页。二、环烷烃原油选用环烷烃原油炼制变压器油的主要原因：1、环烷烃结构稳定；2、环烷烃原油中的成分构成比例合理；3、环烷烃原油中的单环、双环芳烃提高了变压器油的抗氧化性和抗析气性。第二十七页，共一百四十五页。烃类组成表示法1、单体烃2、族组成3、结构族组成：环烷基、中间基、石蜡基第二十八页，共一百四十五页。三、变压器油的炼制过程原油的预处理油的分馏油的精制油的调和TPRI第二十九页，共一百四十五页。纯净的变压器油是由许多不同分子量的烃类化合物分子组成的混合物，分子中含有CH3*、CH2*、CH*化学基团，并由C一C键合在一起。它是非极性和弱极性分子结构，具有良好的电气性能。目前国内各大炼油厂对变压器油的精制提炼工艺原理基本相同。

第三十页，共一百四十五页。变压器油是从石油中提炼而成的产品。由我国炼制生产的变压器油的石油原料为石蜡基原油、环烷基原油和混合（中间基）原油三种。国产大多属石蜡基变压器油（如由大庆油田原油制成），少量的为环烷基变压器油（如由克拉玛依油田、新疆独山子油田原油制成）。而国际上一般都采用环烷基原油制成变压器油，因从这种原油中容易提取到凝固点很低的变压器油。如采用石蜡基原油，为获得低凝固点，必须要解决脱蜡问题，就要加入抗凝剂。

第三十一页，共一百四十五页。根据原油性质和变压器油要求可选不同形式和不同深度的脱蜡和精制工艺，有酮苯脱蜡、糠醛精制、酚精制、加氢精制、白土精制等。经常压蒸馏、溶剂脱蜡、溶剂精制、白土精制后得到的基础油，再加上适量的抗氧化剂调制而成。

第三十二页，共一百四十五页。一般变压器油的炼制工艺是采用在常压或减压状态下进行蒸馏，然后截取馏分，在温度260一400℃，使其组成为烷烃、环烷烃、芳烃以及少量有机酸类、硫化物、氮化物、胶质沥青等高分子化合物、有机化合物等胶质物的混合物，经酸、溶剂进行精制和白土处理后得到的基础油，再加上适量0.5%）的抗氧化剂而制成10号、25号、45号变压器油。第三十三页，共一百四十五页。按矿物油本身成分来区分，变压器油分为石蜡基原油制成的油和环烷基原油制成的油。第三十四页，共一百四十五页。也就是说，变压器油是石油的馏分油。所谓馏分油就是石油通过常压加热，使液体在上述温度下变成气态后再降温凝结成液体，即为变压器油，正如普通水加热到100℃烧开后变成蒸再降温凝结便成蒸馏水一样。从原油到变压器油必须经过许多程序，以上炼油过程也不是绝对必须遵循的程序。可能会跳过某些步骤，或增加某些步骤。各炼油厂稍有不但步骤过于简化会影响油的质量，譬如运行中油介质损耗因数容易增高。。第三十五页，共一百四十五页。第三十六页，共一百四十五页。下面将几个步骤分别叙述如下1、蒸馏在精炼过程中，第一步骤通常是蒸馏，在这个过程中，将原油分成不同沸点的蒸馏液；不同原油在规定的沸点范围内是有严格规定的，这与变压器油的品质有很大关系，由于变压器油是高利润产品，有些制造厂把沸点范围放宽，变压器油的产量虽高，但油的品质较差，甚至造成变压器油的不稳定，如石蜡基原油，蒸馏的沸点在320一400℃范围。第三十七页，共一百四十五页。2．脱蜡环烷基原油几乎不含正链烷就不需经过脱蜡；但对石蜡基原油，为了达到合理的低温特性，就需脱蜡过程：脱蜡的基本原理是将油和溶剂混合起来，然后进行冷却，石蜡结晶分离。不同的厂家采用的溶剂和比例也不同。

第三十八页，共一百四十五页。3．萃取

萃取步骤是从蒸馏中除去不稳定分子皂（芳族）的最古老的方法，而且一直沿用至今。变压器油中的聚芳族（含有多个碳原子环的芳族分子）含量多少与萃取的工艺和所使用的溶剂有关。

第三十九页，共一百四十五页。4．加氢

加氢工艺是较先进的炼油工艺，是把蒸馏液的不需要的分子通过加氢的化学方法变成有用的分子即变压器油的分子。这个过程必须借助催化剂、氢和高温或高压来完成，既提高了炼油效率，又减少了污染。但目前国内很少采用，一般都是通过白土等活性试剂，采用物理的方法，对杂质进行吸附，从而达到精炼的目的。

第四十页，共一百四十五页。在加氢过程中，极性化合物、芳族化合物以及杂质原子被吸附在催化剂表面，这些化合物，通过加氢和催化剂的作用，把含有杂质原子的化合物反应成有用分子，如图所示。第四十一页，共一百四十五页。第四十二页，共一百四十五页。左边为杂质原子X吸附在催化剂表面，加氢反应后表现为图的右边结构，杂质原子X已反应成有用的分子，催化剂己分离。

第四十三页，共一百四十五页。馏分油是沸点相近的烃类的混合物，但其分子结构千差万别。非烃化合物都是极性物质，其化学性质、热稳定性、电性能都较差，这是变压器油组分中所不允许的。从馏分油制备变压器油的过程看，其关键就在于消除这些非烃化合物以及油中的不饱和烃等不理想成分。

第四十四页，共一百四十五页。变压器油过去是酸碱精制，优点是精制深度大，缺点是工序繁杂、时间长、产油率低、酸渣对环境有污染。目前大多数炼油厂都是以糠醛精制，油与糠醛混合后，油中不理想成分被糠醛溶解，滞留于下层，上层为被精制的油，糠醛萃取液经分离净化处理后可循环使用。糠醛精制的油，尚须以白土进行补充精制，白土精制时接触温度较高，白土投人量为油重的5%,油与白土混合后，白土吸附了油中的不理想成分，再以大型板框滤油机将白土残渣从油中分离出来。精制油加人添加剂后，即为成品油。

第四十五页，共一百四十五页。油的精制深度对油品质量很有影响，如精制不足，油中芳烃、树脂质的含量必定较高，它将影响油的电导和油的低频损耗。若精制过度，油中芳烃、树脂质已除尽，将影响油的抗氧化性能和油的高频损耗。因此，油的精制要适度。第四十六页，共一百四十五页。精制油所用的白土，除有精制作用外，还有污染作用。这主要是其固体细微颗粒对油的污染，并导致微量金属对油的污染。

油中微量金属，主要来自补充精制的吸附剂―活性白土中。白土又称漂土，主要成分是蒙脱石族矿物，其通式是AI(OH)3·mSiO2·nH2O，其中Si02约含60%,A12O3约含25%，其余成分为CuO、PbO2、ZnO、Fe2O3、CaO、水分等。有的白土中Cu含量高达l%,Fe含量高达5%（以上均指质量分数）。第四十七页，共一百四十五页。在油精制时，白土的投人量为油重的5％。白土为200目的细微粉末，当然从吸附剂的比表面积考虑，其粒度以小为佳。在精制油品时将白土投人油中之后，确实可吸附油中的不理想成分，使油质更加纯洁。然而白土从油中的分离是通过高压油泵打人大型板框滤油机里来实现的，是用滤纸阻挡白土的颗粒，让油通过。第四十八页，共一百四十五页。这里有一些值得探讨的问题：①精制油用的白土的颗粒度是不均匀的，有一部分白土的粒度是相当微小的，甚至要小于5一10μm，②所用滤纸为棉浆工业滤纸，其孔隙度（滤度）也是不均匀的，有的滤纸公称滤度为10μm，实际20-30μm的颗粒都可通过；③高压油泵的强大压力会使一部分细微白土粉末通过滤纸而留在油中，这就造成了新油中具有一定的金属含量。

第四十九页，共一百四十五页。油中加氢精制机理

虽然目前油品的加H2（氢气）精制工艺尚在发展中，但实践表明，可取代目前现行的油品精制工艺。油品加H2精制的基本原理是在催化剂载体的协同下，用H2除去油中的有害组分和改变油中不理想成分的分子结构，来达到改善油品质的目的。油品加H2的精制效果良好，油品产收率高，工艺适用范围广泛。其缺点是设备复杂，技术难度高，应用于生产实际困难较多。

第五十页，共一百四十五页。油品加H2精制的反应机理是：

对油品脱硫（S):第五十一页，共一百四十五页。由于对油品加H2，可使油品中烯烃组分饱和，使多环芳烃得到所加的H2，从而使油品的组分饱和，加强了油品的稳定性。这样就完全消除了白土精制中的粉尘污染问题和油中金属的潜伏污染问题。可见加H2精制油品是比较理想的精制工艺，尤其对变压器油如能采用溶剂精制和加H2精制相结合的净化工艺，可使油品性能提高档次，更适于超高压电器设备的使用。第五十二页，共一百四十五页。油中添加剂

为使变压器油的性能更加完备，延长油的运行寿命，人为地向油中加人了各种添加剂，如降凝剂、阻化剂、抗吸水剂、抗析气剂、油流带电消除剂、抗氧化剂等。目前应用的各种变压器油均易滋生微生物，因此油中还应添加抗菌剂。诸多的添加剂暂且不谈，这里着重讲一下油中的抗氧化剂，简称抗氧剂。第五十三页，共一百四十五页。1．天然抗氧剂

目前广泛应用的变压器油，均以白土做最后的补充精制，但不宜精制过度。其原因是有意保留油中的酚类和树脂成分，因为当其含量甚微时，对油的电气性能无大影响，而对油品又可起到自然抗氧化的作用。

第五十四页，共一百四十五页。变压器油是从石油中分馏出的。在同一馏程内，沸点相同的各种成分均可汽化成为馏分油。因此，馏分油的成分十分复杂，需精制后方可成为纯净的变压器油。精制的工艺方法很多，但目的是一个，即清除掉馏分油中的不良成分，使油成为纯正的、非极性分子的烃类结构。第五十五页，共一百四十五页。应注意的是，无论采用何种工艺方法进行精制都要适度。若精制不足，油中的不良成分含量过高，会影响油的低频性能；若精制过度，油中的芳烃、酚类、树脂质等成分将被除尽，则会影响油的高频性能。因此，在保证油的绝缘性能的前提下，应微量地保留油中的酚类和树脂质成分，借以消除油被氧化时产生的游离基（R）。这些被有意识地保留下来的微量成分被称之为油本身自存的天然抗氧剂。第五十六页，共一百四十五页。油中的天然抗氧剂数量有限。为了进一步保护油的特性，延缓油的氧化、劣化进程，可在新变压器油中加人人工抗氧剂。当油中的天然抗氧剂耗尽后，人工抗氧剂将继续对油起抗氧化保护作用。人工抗氧剂品种繁多，主要可分为如下三类：第五十七页，共一百四十五页。第一类，如对经基二苯胺、苯基尹一蔡胺等，主要功能是消灭油氧化时产生的n基，而对烃类氧化时产生的烷基过氧化氢(ROOH）的分解则无控制作用；

第五十八页，共一百四十五页。第二类，如二乙基对位苯二胺、4.4一二胺基二硫化物等，主要功能是既能消灭油氧化时产生的R’基，又能控制油中ROOH的分解，其作用比较全面。

第五十九页，共一百四十五页。第三类，如2.6二叔丁基对甲酚，又称T501，其作用介于前二者之间，即对油中的R基有一定的消灭功能，但对油中ROOH分解的控制作用不大。T501抗氧剂呈白色粉状晶体，熔点68一70℃，抗氧化作用是中断油液的连锁反应，延长其使用寿命，对油的适应性良好。目前，在石蜡基变压器油中，多数是加入T501抗氧剂。第六十页，共一百四十五页。实际经验表明，油中加人的T501，在油品净化中易被吸附和分解。故在油务管理中应及时检测油中T501的含量，以便调整。另外，在油品管理中，油若被金属成分所污染，油中的铜、铁等成分含量增高，油将在组合金属催化作用下急剧地劣化。在这种情况下，油中的T501抗氧剂是无效的，因为T501不能有效地阻止ROOH的分解。此类被污染油，应在净化后加人第二类抗氧剂较为合适。第六十一页，共一百四十五页。目前变压器油中加人的T501，即2.6二叔位丁基对甲酚，是属第3类抗氧剂，其加入量为油重的0.3％一0.5％。正常油中的抗氧剂对油品有一定的保护作用，可使油在相当长（几年）的时间内不出现异常问题。油品中加入人工抗氧剂的缺点是，当油品中抗氧剂耗尽后，油的氧化速度将加快，使油品在短期内迅速劣化。但油经净化处理后，可再补充抗氧剂，再度使油投入运行。第六十二页，共一百四十五页。T501抗氧化剂的主要优点

l）具有高度的抗氧化性能，能有效地改善油的抗氧化安定性，阻止氧化酸性产物、沉淀物的形成。2）适用范围广，对绝缘油、透平油、新油、再生油、劣化不严重的运行油均有效。

3）易溶于油，不产生沉淀，也不影响油的介电性能。4）不溶于水，不吸潮，无腐蚀，沸点高（265℃），不易挥发，无毒。

第六十三页，共一百四十五页。T501添加量的确定

油液的抗氧化安定性和油中T501含量多少密切相关，当含量在1％以内时，油的抗氧化安全性将随T501含量的增加而增加。

国产新油中的T501抗氧化剂一般在0.3％一0.5%，含量太高对抗氧化效果已不明显。因此，新油和再生净化后的油中T501的含量应不低于0.3%，而运行油中T501的含量应不低于0．15％。油液经过再生净化后，若其中T501含量不明，其添加量可按0.15％一0.3%，最佳量可通过小型试验确定。第六十四页，共一百四十五页。T501的添加条件

T501属于第三类抗氧化剂，应该在诱导期添加才有效，即T501只对新油和轻度劣化油有效。当油的水溶性酸pH<5.0时，添加效果将不明显，若此时测油中T501的含量，往往在0.1％以下，此时补加已经晚了。遇此情况应先进行再生净化，使其达到如下要求后再添加。

第六十五页，共一百四十五页。添加条件如下：

l）油色呈浅黄且透明，小型试验应无油泥沉淀和其他不良反应。

2）油的水溶性酸pH>5.0。

3）油中无水分、杂质、油泥，耐压在40kV以上（透平油不测耐压）。

4）若油液劣化后不满足前三项条件，绝缘油可采用BZ一4型变压器油运行再生装置净化处理。第六十六页，共一百四十五页。T501的添加方法当油液经过再生净化处理达到合格要求后，即可按下面方法进行添加，为保证药剂的充分溶解，以免在设备内部（如变压器线圈、汽轮机油箱底部等）造成沉积，须采用热溶解法或再生循环法。

1）热溶解法：

①母液配制：利用新油或经再生合格的油进行配制。先按前述方法确定T501的多少，再取9倍于T501抗氧化剂的油，把油加热到65—70℃，缓慢加入T501，边加边搅拌，使之全部溶解，配成10％的浓溶液―即母液。当设备装油量较大时，因需母液量也大，母液配制可分多次进行。

②注人母液：待母液适当降温后，再用任一种具有精过滤能力的滤油机（如ZL型、JL型、BZ一型、TY一11型以及压力式滤油机），缓慢将母液注人设备油箱，使其与设备中油液混合均匀。

第六十七页，共一百四十五页。2）再生循环法：该方法是直接将T501抗氧化剂加人BZ—4型变压器油运行再生装置中，和吸附剂混合在一起，随着油液的再生循环过程，T501将逐渐溶解，并被带入设备油箱，使之均匀混合。

需说明的是，Bz一4型再生净化设备内的吸附剂虽然会吸附一部分T501药剂，但大部分药剂会在再生净化的后期被逐渐解析出来，因此，对抗氧化效果并无大的影响。第六十八页，共一百四十五页。§2.变压器油的性能及试验一、物理性能二、化学性能三、电气性能第六十九页，共一百四十五页。一、变压器油的物理性能

1、颜色、透明度及气味2、密度3、粘度：运动粘度、动力粘度、恩氏粘度4、凝点、倾点5、闪点、燃点及自燃点6、灰分及机械杂质7、界面张力8、苯胺点第七十页，共一百四十五页。

1、颜色、透明度

油品的颜色主要是由肉眼观察判断的，通常可以观察油的外观判断出油质的优劣。随着油的逐渐老化，透明度逐渐降低，当油中含有水分较多时，油会变得很浑浊，长时间运行老化的油，其气味变得酸辣，变压器发生故障后油会有一种焦臭味。第七十一页，共一百四十五页。

2、密度用单位体积内油品的质量来表示，单位为kg/m3。GB2536—1990《变压器油》规定：变压器油在20℃的密度不大于895kg/m3。第七十二页，共一百四十五页。密度是单位体积油品的质量。密度影响变压器油热传导率，而且还能确定油品在某些特殊场合是否适用。在严寒条件下，必须确保注油设备中的水结成的冰不会漂浮在油面上引起油面上方的放电，所以一般要求密度不大于895kg／m3。其单位为g/cm3或kg／m3，以p表示。由于油的密度受温度影响较大，提到密度必须指明温度。温度为，℃的密度，以pt表示。我国统一规定，石油及其产品20℃的密度为标准密度，以p20表示。第七十三页，共一百四十五页。测定变压器油的密度在生产实际中有重要意义。变压器油的密度与其化学组成密切相关。不同产地和厂家的油，密度有明显的差别；即使同一炼油厂生产的变压器油，每批的密度也不会完全相同。例如锦西炼油厂生产的25号石蜡基变压器油的p20介于0.840一0.8609g/cm3之间，而克拉玛依和大港炼油厂的环烷基变压器油的p20介于0.860一0.880g/cm3之间。第七十四页，共一百四十五页。若变压器油密度过高，比如高于标准要求的0．895g/cm3，那么当油温低达0℃及以下时，它就会高于冰的密度0.9g/cm3，在极低温度下运行或停放的充油设备中就有可能出现浮冰。因此，对于变压器油来说，只要不影响油的其他性质（如闪点）,密度低一些为好，所以油的密度越小越好。第七十五页，共一百四十五页。

3、粘度粘度的分类油品的粘温性粘度、粘温性与油品化学组成的关系第七十六页，共一百四十五页。液体受外力作用移动时，分子间会产生内摩擦，表现出具有粘度。从化学上讲，这种内摩擦力就是分子间的相互作用力。变压器油是一种液体，因而也具有粘度这一性质。第七十七页，共一百四十五页。变压器油的主要功能之一是通过自身或强制循环（自然的和强迫的）进行传导散热，所以变压器油的粘度不能太高，以免影响变压器油的有效流动和传热。粘度是说明变压器油流动性能的指标。粘度越低，流动性越好，变压器冷却效果也越好。油老化时，粘度会增高。第七十八页，共一百四十五页。变压器油必须具有合适的高低温粘度。由于变压器油的主要作用之一是散热冷却，而不是润滑作用，因此变压器油对粘度的要求与其他润滑油有所不同，要求其高温粘度，特别是在变压器运行温度下的粘度越小越好（变压器的运行温度一般在60一80℃之间）。这是因为变压器油的粘度与其冷却作用有一定关系。粘度越小，其流动性越好，越有利于热量传递（传热还和密度、比热容等众多因素有关）。变压器油还应具有较低的低温粘度，以保证变压器油在寒冷的冬季停用后能正常地启动。第七十九页，共一百四十五页。变压器油粘度的表示方法有多种，现国标规定的是运动粘度。国外尚有采用赛氏、雷氏和巴氏等粘度的，这些粘度也都是条件粘度，可按公式换算为运动粘度。

运动粘度又称动粘度或内摩擦系数，是液体的动力粘度与同温度下液体密度的比值。由于粘度受温度影响明显．所以捍到粘度时须指明温度，并一般均指运动粘度。其单位为二次方毫米每秒，即mm2/S,lmm2/S=1cSt（厘斯）。第八十页，共一百四十五页。

4、凝点、倾点凝点的定义倾点的定义油品的低温流动性与其化学组成有密切关系第八十一页，共一百四十五页。油品刚好能够流动的最低温度称为油品的倾点，而油品不能流动的最高温度称之为凝固点（简称凝点）。两者均是衡量油品低温流动性能的指标，前者为西方国家广泛采用，而后者主要为我国和俄罗斯及前苏联国家使用。油品的凝点是指在规定的试验条件下，将试油逐渐冷却，并将液面倾斜45"，凝固lmin后，油面不再移动的最高温度。油品的倾点是指油品在规定的试验条件下，凝为固体后，在室温下放置55，又熔为液体，发生流动的最低温度。倾点又称流动点，一般比凝点高2一6℃。第八十二页，共一百四十五页。处于凝点的油品其化学组分不可能都凝固了，而只能是部分凝固。一般说来，变压器油的凝固只是油品中溶解的百分之几的石蜡的凝固，大部分其他组分仍是液体或凝胶体。因而，凝点下外观为固体的油品，实际上并非真正的固体，可称之为“视固体”。如油品中很少或几乎不含石蜡，油品的凝点将是很低的，石蜡基变压器油的凝点之所以远高于环烷基油的凝点，其道理也正在于此。第八十三页，共一百四十五页。

5、闪点、燃点、自燃点闪点：相当于加热油品使油蒸汽浓度达到爆炸下限时的温度。燃点：油品在规定的条件下加热到能被外部火源引燃并连续燃烧不少于5秒时的最低温度。自燃点：能发生自燃的最低油温。第八十四页，共一百四十五页。变压器油的闪点也是一项与安全有关的指标。根据所使用的仪器和方法分为闭口闪点和开口闪点。同一油品所测的开口闪点一般较闭口闪点高3一9℃。为保证变压器的运行安全，IEC60296标准要求闪点不低于130℃（闭口），变压器油闪点高于此值就足以保证安全，因为变压器油运行温度一般不会超过100℃，过分追求高闪点对实际使用并无意义。变压器油闪点还作为检验油品在贮存和使用过程中有无污染、是否混油的参考依据。第八十五页，共一百四十五页。闪点降低，一般是由于设备局部过热造成油热裂解油中挥发可燃物质所致。闪点测定可及时发现电气设备严重过热故障。对于新设备及检修处理后的油，可防止或发现是否混人了轻质馏分的油。

在运行过程中，闪点一般变化不大或长期运行后反而会略有升高。

第八十六页，共一百四十五页。

6、灰分及机械杂质灰分是变压器油中有机酸金属盐含量多少的标志。

7、界面张力体现了油中极性物质的多少，反映油劣化、污染程度。8、苯胺点

是指试样油品与等体积的苯胺在相互溶解成为单一液相所需的最低溶解温度。第八十七页，共一百四十五页。变压器油所含极性物质（亲水性物质）越少，油分子的极性越小，处于界面上的油分子和水分子之间的作用力越小，界面张力就越高。若变压器油受到了极性物质的污染，界面张力就会有显著的下降。运行中的变压器油随着老化产物（有极性的亲水物质）的不断增加，界面张力会越来越低。为了防止运行油过度老化引起故障，国标规定运行中变压器油的界面张力不得低于19mN/m。可见界面张力从极性物质含量多少的角度反映了油品的优劣和老化的程度，比酸值从酸性物质（也是极性物质）含量更能反映老化程度。第八十八页，共一百四十五页。第八十九页，共一百四十五页。二、化学性能1.酸值及PH值2.含水量3.氧化安定性

4.腐蚀性硫5、溶解气体（含气量）6、糠醛含量7、多环芳烃含量8、颗粒度第九十页，共一百四十五页。1.酸值及PH值中和1g变压器油的全部游离酸所需的氢氧化钾毫克数即为酸值。变压器油的酸性物质包括：油溶性酸和水溶性酸。变压器油中水溶性酸允许指标PH值不低于4.2.第九十一页，共一百四十五页。酸值是判断变压器油及运行中变压器油含酸性物质多少的一个重要的化学指标。无论是新油固有的酸性物质还是被氧化后产生的有机酸，都会导致损坏设备，危及固体绝缘，缩短电气寿命。酸值为油中无机酸和有机酸的总和。水溶性酸或碱是指油中能溶于水的酸或碱，包括无机酸或碱及低分子有机酸它的危害比不溶于水的酸碱大。第九十二页，共一百四十五页。2.含水量水在变压器油中的存在状态：溶解水、悬浮水、游离水变压器油中含水量的影响因素水分的来源：内部、外部水分的危害第九十三页，共一百四十五页。变压器油应当尽量不含水分，有关文献指出，纸绝缘含水量为2％的老化速度是含水量为0.3％的6一16倍，若含水量为4%，则高达12—45倍。当含水量为0.3％的纤维素绝缘材料若在100℃温度的情况下，不与空气接触，其寿命可达100年，但含水量为1％时寿命只有30年。第九十四页，共一百四十五页。刚生产的变压器油一般是不含水分的，变压器油的水分含量受油中烃类组成成分的影响。芳烃对水的溶解度最大，且随温度的升高而增加，因此环烷基变压器油（特别是超高压变压器油）由于其芳烃含量高，自然其平衡水含量也高。在注人变压器时，由于变压器油中的水分与周围空气的水分是处于动平衡状态，所以通过普通的干燥系统不能完全清除油中的水分，只有利用真空系统配合吸附剂才能较理想地清除油中的水分。变压器的微水即含水量要求很严，与油耐压强度和油老化速度直接相关，特别是高电压等级。测试时用电解水消耗的电量来反求所含的水量。第九十五页，共一百四十五页。水分来源，一是外部侵人；二是内部生成。

充油电气设备在运输、安装过程中如保护措施不当也会使绝缘受潮。运行中如果呼吸系统漏进潮气，水蒸气也会通过油面渗人油内即油的吸湿性。不同的化学组成的油质，吸收水分的特性可能有数十个10一6之差。油内芳烃成分愈多，油的吸湿性愈大。油内存在某些极性物质的分子（如醇、酸、金属皂化物等）也会显著增加油的吸湿性。因此在油老化后吸湿能力会迅速增大。

第九十六页，共一百四十五页。设备内部产生水分。是指固体绝缘材料和变压器油在运行过程中由于氧化或热裂解作用而生成的水分。

第九十七页，共一百四十五页。溶解水是呈分子状态的水，借分子间存在的诱导力与分散力溶解于油中。油与潮湿空气接触吸收的水分首先形成溶解水。乳化水是指呈微球的乳浊水滴，它们高度分散于油中而不易分离。

游离水是与油有明显分界面，大都受重力作用沉积在容器的底部或附着在器壁上。

乳化水和游离水的量随客观情况而异，在正常运行的设备内，一般不存在乳化水和游离水。

上述三种形态的水分在一定条件下可以相互转化。第九十八页，共一百四十五页。近年来在发生的变压器事故中，匝间短路事故突出，而且多数是由于进水引起。第九十九页，共一百四十五页。第一百页，共一百四十五页。第一百零一页，共一百四十五页。第一百零二页，共一百四十五页。3.氧化安定性变压器油在一定的条件下，抵抗氧化作用的能力称为抗氧化安定性。变压器油的氧化过程

诱导期发展期迟滞期第一百零三页，共一百四十五页。4.腐蚀性硫不安定硫化物和游离状态的形式存在于油中，通称为腐蚀性硫。第一百零四页，共一百四十五页。5.溶解气体是指变压器内部以分子状态溶解在油中的气体，油中含气量（总含气量），为油中所有溶解气体含量的总和，用体积百分率表示。油中溶解气体组分影响油中气体溶解度的主要因素压力温度第一百零五页，共一百四十五页。6.糠醛含量是固体绝缘纸板降解（老化）的特征性产物，并且在油中有很好的稳定性和很好的积累效果。BS148-1998《变压器和开关设备用未用过的和回收的矿物绝缘油规范》中要求糠醛含量要小于1.0μg/g.第一百零六页，共一百四十五页。7.颗粒度指存在于油品单位体积内不同粒径的固体微粒的数目浓度。杂质颗粒的来源对变压器油电气性能的影响防治污染的措施第一百零七页，共一百四十五页。三、变压器油的电气性能

1、击穿电压2、介质损耗因数3、体积电阻率4、析气性第一百零八页，共一百四十五页。1.击穿电压影响变压器油击穿电压的因素水分微量气泡温度第一百零九页，共一百四十五页。对变压器均匀施加电压，当电压达到某一值时，变压器油将被放电而失去电阻而发生导电，这一电压叫做变压器油的击穿电压。常以kV表示。击穿电压是衡量电器内部耐受电压而不被破坏的尺度，也是检验变压器油性能好坏的主要手段之一。干燥清洁的油品具有相当高的击穿电压值。第一百一十页，共一百四十五页。影响变压器油击穿电压的主要因素有水分、杂质等。变压器油的击穿电压是靠有烃类分子的非离子性来维持的，但当油中含有游离水、溶解水或固体污染物时，由于这些杂质都具有比油本身大的电导率和介电常数，它们在电场作用下会形成导电桥路，从而降低油的击穿电压。应该说此试验可以判断油中是否存在有水分、杂质和导电微粒，但它不能判断油品是否存在酸性物质或油泥。一般要求新变压器油电气强度不小于35kv/2.5mm，经过真空过滤脱气加入变压器前，其电气强度能达到70kV/2.5mm第一百一十一页，共一百四十五页。2.介质损耗因数反映油中泄露电流引起的功率损耗，用来判断变压器油的劣化与污染程度。影响变压器油tgδ因素

电压和频率温度水分油的净化程度和老化深度第一百一十二页，共一百四十五页。在高场强下，变压器油不仅通过电容电流，还通过电导电流和极化电流，消耗有功功率，这种现象被称为变压器油的介质损耗。衡量变压器油介质损耗的大小常用介质损耗因数tanδ。第一百一十三页，共一百四十五页。电容电流的相位比电压超前900，而由电容电流、电导电流和极化电流三者构成的总电流不是超前900

，只是超前900

一δ，即滞后于电容电流δ度角。δ被称为介质损失角，其正切tanδ为有功电流与无功电流的比值，称为介质损耗因数。由于tanδ的值通常很小，习惯上以百分数表示，常简称为“介损”。

第一百一十四页，共一百四十五页。介质损耗因数主要是反映油中泄漏电流引起的功率损耗。根据介质损耗因数的大小来判断变压器油的劣化与污染程度。对于新油而言，介质损耗因数只能反映出油中是否含有污染物质和极性杂质，而不能确定存在于油中极性杂质的类型。一般来讲，新油的极性杂质含量甚少，所以其介质损耗因数也很小。但当油氧化或过热而引起劣化时，或混人其他杂质时，随着油中极性杂质或充电的胶体物质含量增加，介质损耗因数也会随之增加。第一百一十五页，共一百四十五页。一般变压器油经过真空过滤脱气加人变压器前，其介质损耗因数都能达到0.001以下。

介质损耗因数的大小对判断变压器油的劣化与污染程度是很敏感的。在油的老化产物甚微时，介质损耗因数就增大。油的介质损耗因数除与电压、频率及所用测量仪器结构特性等有关以外，还随着温度而变化，因介质的电导率随温度升高而增大，泄漏电流和介质损耗因数也会增加。

第一百一十六页，共一百四十五页。3.体积电阻率是试样内的直流电场强度除以稳态电流密度所得的值，实际上可看成是一个单位立方体的体积电阻。在直流电压作用下，变压器油内部电场强度与稳态电流密度之比。体积电阻率的单位为Ω·m或Ω·cm。

第一百一十七页，共一百四十五页。介质损耗因数反映的是交变电场下电导电流、极化电流二者相对电容电流的比例关系。而体积电阻率反映的是直流电场下电导电流的大小。在施加直流电场的短时间内（约lmin),极化电流在电导电流的基础上先上升而后下降，最后消失（即电极板上极化电荷量不再变化），仅剩下电导电流。由这一机理可以看出，电阻率极大（电导电流极小）的变压器油，也可能会有较大的损耗（当然更多的情况下是电阻率大、介损小）。第一百一十八页，共一百四十五页。油的体积电阻率与介损关系为tanδ是介质损耗因数；p是体积电阻率，

ε是油介电常数，取2一2.5。

第一百一十九页，共一百四十五页。影响变压器油体积电阻率的因素杂质温度第一百二十页，共一百四十五页。变压器油精制深度越深，绝缘性越好，体积电阻率就越高。影响体积电阻率的因素很多，当有杂质离子混人及受潮时，将使体积电阻率大大降低；温度对体积电阻率影响也很大，这是因为当温度升高时，形成介质漏导的离子数及离子移动的速度增大，体积电阻率随之下降。第一百二十一页，共一百四十五页。4.析气性

变压器油在受到强度足以引起油、气交界中的气体相放电的电场作用时，变压器油本身表现出吸收或放出气体的现象，称作变压器油的析气性，又称气体稳定性。变压器油的放气和吸气过程影响变压器油析气性的因素析气性对变压器油的影响研究变压器油析气性的意义第一百二十二页，共一百四十五页。§3.变压器油的老化和污染一.老化机理

二.污染三.变压器油老化对其相关性能的影响四.油品老化对变压器运行的影响五.变压器油的防劣措施和维护

TPRI第一百二十三页，共一百四十五页。一、老化机理1、变压器油的热氧老化2、变压器油的电气老化3、氧化产物4、影响因素第一百二十四页，共一百四十五页。1、热氧老化1）过氧化理论

R+O2——RO2（过氧化物）

RO2+R`——RO+R`O2）链式反应理论链的引发阶段

RH——R`+H`第一百二十五页，共一百四十五页。即油在外界条件作用下会劣化产生游离基，但油中的抗氧剂能消灭游离基。因此，油质不会迅速劣化，油的性能在此阶段也比较稳定，这是一个相当长（若干年）的时期。

链的发展阶段链的终止阶段第一百二十六页，共一百四十五页。2、电气老化

是指变压器油在运行过程中由于电场、磁场、电弧或者电晕等游离放电的电离作用，导致液体电介质电性能或物理、化学性能逐渐变坏的过程。主要是由于电介质内部微观游离放电、热效应等对变压器油的作用和影响造成的；第一百二十七页，共一百四十五页。3、氧化产物酸性产物中性产物