绝缘油的析气性与芳香烃含量关系-k8凯发

1．1 绝缘油的组分与分类 
       石油的组分主要是烃（碳和氢）类化合物。根据石油中占主导成分是烷烃还是环烷烃，则可大致分为烷烃基（石蜡基）油和环烷烃基油。介于二者之间难以区分的油种，则称为混合基油。变压器油中主要含有以下不同比例的成分，其分子结构也不同。
      （1） 烷烃。烷烃是一种饱和的直链和支链烃类化合物。当碳原子数相同时，直链烃的熔点比支链烃的高，烷烃是化学反应缓慢的化合物。在正常条件下，含碳原子少（c4以下）的烷烃呈气态，中等数目的呈液态，多的则呈固态。具有同样原子数，但不同结构的烷烃则称为异构体烷烃。随着碳原子数目的增多，其构成异构体烷烃的数目也急剧增长。 
      （2） 环烷烃。环烷烃是饱和的5和6个碳原子的环烃类化合物。依其分子量的不同，可能会带有烷烃侧链，也有可能在1个分子中有若干个饱和环，它们带有与烷烃链相连接的侧链。这类分子具有的环烷烃特性的强弱，取决于分子中环烷烃的环数多于烷烃侧链的程度。 
      （3） 链烯烃（非饱和化合物）。如果烷烃和环烷烃的氢原子数不足，则其碳原子的4个键就不都是饱和的。相邻的2个碳原子之间有1个双链，则称为链烯烃。www.yztpdq.com 由于这类化合物为双链结构，故化学稳定性比烷烃低。 
      （4） 芳香烃。所有石油中都含有芳香族化合物，它们是由苯和少量的缩合环（如萘）衍生而成的。芳香烃与链烯烃一样，也是非饱和化合物。但是，由于芳香烃的环为共轭双链结构，所以芳香烃在化学特性上比链烯烃稳定。在同一分子中，环烷烃环、烷烃链和芳香环也可能是同时相互连接的。 
      （5） 杂环化合物。石油中除纯烃类成分外，还有杂环化合物。这是一类含有碳、氢，以及硫、氮或氧的化合物，尤其是环烷基石油中，还可能含有某些有机酸（如环烷酸）。其中既有延缓油的化学特性变化（老化）的成分，即天然抗氧化剂，也有加速其老化的成分。在变压器油调制时，油中添加一定量的合成抗老化剂或者含酚类化合物，二叔丁基对甲酚，能改善绝缘油的抗老化性能。 
1．2 绝缘油析气性的评定方法及原理
      (1) 绝缘油析气性的评定方法按iec 60628和astmd2300各有a、b两种方法，我国除作试验研究外，一般采用iec 60628a法。玻璃析气仪有一圆柱型的析气池，内电极直径为10 mm，可施加10 kv电压，外电极直接接地。试油用量5ml，由于低粘度对油的析气性能更为有利，因而析气池置于80 ℃的恒温油浴中。加压前通氢气1 h，使油中气体及油面气体被氢气饱和；在油面气体压力与大气压力平衡状态下（通过气压计观察）加电压，使油和油面气体受到径向电场约3.84kv/mm的作用，使油面气体首先被电离，形成油气界面电子、离子活动剧烈的电离区域；油面气体压力随加压时间不断变化，直至稳定。试验2 h后，读取气压计压差，如果内部压力升高，则产气率为“正”；如油吸收的氢气量超过放气量，则内部压力下降，产气速率为“负”；内外压力仍然平衡，则产气速率趋于“0”；并计算出产气速率(单位为μl/min)。这种产生速率也称析气系数或称析气趋势。
      (2) 试验所测得的值是放气和吸气综合作用的结果。其原理是：在电场作用下，当析气池的电离区内存在大量高能电子和离子时，表面的油不时地受到剧烈撞击，使油分子的c-h、c-c键断裂，产生活性的氢及烃基团。活性基团又继续与油中的烷及烯烃分子作用，形成氢分子和甲烷等低分子烃类气体。另外活性基团如与芳香烃相遇，则芳烃的双链被打开而吸收氢，形成新的环烷烃。另外，有一部分释放了氢原子的烃基基团有可能聚合，形成高分子的胶状物——x蜡。
      饱和烃在电场作用下放出氢（烷链烃减少） 由上述反应式可见，反应式（1）和（2）是产气过程，产生的气体主要是氢和低分子烃类气体，其作用是使油面上的气体压力增加；而反应式（3）的反应则相反，是吸收气体的过程。即氢离子被吸收到芳香环中，使油面氢气减少。
      总之，经过析气试验后，油中的芳烃和烷链烃含量减少了，环烷烃含量增加。拓普电气认为这是因为油中芳烃吸收氢而转化成环烷烃；烷链烃的减少，是部分链烃分子裂解成低分子烃类气体，并有一部分聚合成x蜡。
      在对不同的绝缘油分别进行析气试验的前后，用红外分光光度计测试了各结构族的含量。测试结果完全证实了这一分析。 

      注： ① 油样a、b、c均为环烷基油，油样d为油样a加浓缩芳烃而成；② 油样e为石蜡基油加浓缩芳烃而成，析气试验后，析气池中有淡黄色蜡状物。
      (3) 降低油析气系数的作用。在充油电气设备中，特别是少油的封闭电器中，一旦因浸渍不良或压力波动等原因形成微小的气泡，则将引起介质中电场分布的不均匀，使气体发生游离而形成局部放电。此时如果油中有足够的芳烃，就可能吸收其中主要的被游离的氢气，气泡缩小甚至被吸收，使起始的放电有可能得到抑制，减少发展成连续放电的可能。因此，析气系数是选择和评定电容器等用油的重要指标。电容器的绝缘介质从矿物油逐步改用以苯环为基本结构的介质或其他合成液体介质，除其特性要求外，与其化气稳定性有一定关系。但需要指出的是，这种对局部放电的抑制作用是相对于一定的起始放电条件和能量而言的。如果是设备本身的设计、材质和工艺存在缺陷，则局部放电故障的发展是不可能用油的析气系数降低来得到抑制的。这就需要设备制造厂提供全面的质量保证，对变压器而言尤其如此。影响变压器局部视在放电量的因素很多，单从“气泡放电”而言，就有变压器油中气体过饱和而析出气泡、真空注油不完善有窝气等，通过改善注油和运行条件可以减少或避免上述情况。至于变压器内部存在放电性或过热故障，使油纸绝缘材料分解出气体，气体来不及溶解在油中时，形成气泡等更不是油的性能承担得了的后果。总之，从工程角度，还没有在运行的变压器中发现过油的析气性不同而对局部放电起始和发展的影响作用。
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