1 前言

    变压器油的性能在很大程度上与原油的特性有 关，目前世界上瑞典尼纳斯石油公司、法国壳牌石油 公司及中国石油等三大变压器油供应商均采用环烷 基原油而不用石蜡基原油来生产变压器油。这看上 去是生产商的选择，实际上是终端客户长期使用做 出的选择：但是随着石油炼制技术的提高，一些用石 蜡基原油生产的变压器油在常规理化指标上也达到 了与环烷基油相当甚至更好的数据，引起了一些用 户在选择上的疑虑，笔者希望从理论和实践的分析 中能够对迷雾有所澄清

2 变压器油的作用

    变压器油是指用于变压器、电抗器、互感器、套 管、油开关等充油电气设备中，起绝缘 、冷却和灭弧 作用的液体绝缘材料。由于历史沿袭，我们仍沿用变 压器油这一名称代替国际上二常用的矿物绝缘油这个 术语=变压器油的作用主要体现在以下几方面。 (1)绝缘保护 在电气设备中填充的变压器油将不同电位(势) 的带电部分隔离开来，使其不致于形成短路。空气的 介电常数为 1．0，而变压器油的介电常数为2．25。也 就是说，油的绝缘强度要比 气大得多 同时变压器 油充填 绝缘材料的空隙rf1还口 以起到保护铁心和1 绕组组件，防止固体绝缘材料氧化的作用。 (2)散热冷却 变压器在带电运行过程中，电流通过绕组，因绕 组电阻引起功率损耗称为“铜耗”，由于铁心磁通发 生变化，引起功率损耗称为“铁心损耗”，这两部分损 耗均转化为热能。如果不将热量散发出去，会使绕组 和铁心温度不断升高，从而损坏绕组外部包覆的固体绝缘，甚至烧毁绕组。变压器油就是吸收热量，然 后通过自然或强制循环而将热量散发出来，从而保 证设备的安全运行。 (3)灭弧 在开关设备中，变压器油主要起灭弧作用。开关 在开断电力负荷时，其固定触头和滑动触头之间会 产生电弧。电弧温度很高，如果不将弧柱的热量迅速 带走，使触头冷却，在初始电弧发生之后，还会有连 续的电弧产生并形成过电压，很容易使设备烧毁。油 浸开关在最初开断产生电弧高温使油发生剧烈的热 分解，而产生的氢气吸收大量的热，并且传导至油 中，而将触头冷却，达到灭弧的目的。

3 原油的基属

    xx原油的化学组成非常复杂，不同产地或同 一产地的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是不xx相同的。为了大致判 断小同原油的特点，目前国内外一般采用API关键 馏分分类法，测定两个关键馏分的密度，换算出API 度，按 API度范围确定原油基属，将原油分为石蜡 基、·f·间基、环烷基、石蜡一中间基、中间一石蜡基、环 烷一中间基、中间一环烷基共七类。同时根据原油硫 含量的高低进行分类，作为关键馏分分类方法的补 充，硫含量低于0．5％为低硫，硫含量在 0．5％～2．0％ 之 I的为中硫，高于2．0％为高硫： 我国大庆原油是典型低硫石蜡基原油，而克拉 玛依九区稠油、辽河欢喜岭稠油和大港羊三木原油 为环烷一中间基原油，其变压器油馏分属于典型的 环烷基。API关键馏分分类指标见表 l。 按两个关键馏分分类组合可以得到表2、表3 几个类别的原油。 世界公认优先采用环烷基原油生产变压器油， 主要是因为环烷基原油中的链烷烃、环烷烃和芳香 烃有相对合理的比例，它不象石蜡基油需要进行深 度脱蜡，也不象重质芳香基原油要除去大量的多环 芳香烃。从生产角度看，环烷基低凝原油含蜡量很 低，一般都在3％以下，可以不经脱蜡就能生产低温 性能很好的变压器油；从实际使用角度，环烷基油具仃适宜的溶解特性，既不会让长期运转生成的油泥 沉积在固体器件 卜，也不会破坏绝缘漆 H前在同内外区分环烷基或石蜡基变压器油最 通行的方法是碳 结构(也称之为结构族组成)?所 渭碳型结构就是将组成复杂的变压器油看成是由芳 香耶、环烷环和烷基侧链这三种结构组成的单一分 子，其中％C、值是指芳香环上的碳原子占整个分子 总碳数的百分数，％C、值是指环烷环上的碳原子占 整个分子总碳数的百分数，％C 值是指烷基侧链上 的碳原子占整个分子总碳数的百分数：目前碳型结 构按 ASTM D3238(n—d—M法 )、ASTM D2140(n—d— u法)和IEC590(红外光谱法)得到。按碳型分布，若％ (．1l，=42-50，则称为环烷基变压器油；若 ％  =50--56， 为I}J『白J基变压器油；若 ％C ≥ 56～65，为石蜡基变 爪器油

4 环烷基变压器油的特点

    (1)适宜的溶解性能 过去都将低温性能作为环烷 基油的根本特性。理论和长期的实 践证明，适宜的溶解特性才是环烷 基变压器油的根本特点?好的变压 器油要在变压器长期运转长达几 十年，在电场 、高温、溶解氧、水分 和金属催化剂的作用下，不可避免 会发生氧化缩合而产生油泥。如果 这 油泥粘附在绝缘材料，沉积于循环油道、冷却散 热片等地方，不仅会加速对固体绝缘材料的破坏，导 致绝缘材料收缩 (这种收缩会使变压器丧失其吸收 7l}l击负倚的能力)，而且会严重影响散热，引起变压 器绕组局部过热，使变压器T作温度升高：而环烷基 变压器油由于富含环烷烃和适量的芳烃 ，溶解能力 迂  ，能够较容易地将氧化油泥溶解分散在油中而 避免使变压器油工作温度升高和绝缘性能降低：这 也足为什么石蜡基变压器油的表观性能与环烷基变 器油相当甚至更好而实际使用性能差的主要原因：另一方面，如果变压器油溶解能力太强，会溶解 变压器中的绝缘漆，从而使绝缘变差一因此 ASTM D3487标准中要求苯胺点为63 ～84 ，就是要求变 压器油的溶解性既不能太低，也小能太高： (2)良好的低温性能 石蜡基变压器油蜡含量较高，虽然蜡在油中呈 溶解状态时对绝缘无不良影响，frl在低温下，会有蜡 析出，而蜡本身是一种不良的绝缘体，既影响到设备 的绝缘，又妨碍传热，同时也影响变压器循环泵的正 常启动；而环烷基变压器油即使在零下40 时，也 可以正常1=作而不会影响设备的绝缘。所以，良好的 低温性能是环烷基变压器油的另一个较为显著的特 性，也是电力系统根据自己气候条件选择变压器油 的主要依据。 (3)较低的高温粘度 环烷基变压器油由于富含环烷烃和适量的芳香 烃，因而其粘度指数低，在与石蜡基变压器油具有相 同的40℃粘度时，具有较低的高温粘度(变压器正 常使用温度)，这样有利于变压器的散热冷却。这点 对变压器的实际使用是非常重要的、石蜡基变压器 油和环烷基变压器油在不同温度下的粘度见下表 7、表 8 (4)优良的抗氧化及抗热老化安定性 石蜡基油的一个显著特点是对抗氧剂的感受 性非常好。在添加足量抗氧剂条件下，它的氧化安 定性可以达到环烷基油的质量水平(见表9)，台架试 验结果甚至还要好于环烷基油。但是变压器油在变压器的实际运行丁况通常取决于氧化试验条件的苛 刎程度。而老化试验 ，特别是国际上采用的 28天 Baader法老化试验更能体现变压器油在变压器中 的运行状况，所以被越来越多的变压器制造商用于 评定油的氧化、老化性能： 绝缘油在运行中因有介质损耗存在而发热，其 存高温下长期运行。同时还与其它材料，如铜、铝、绝 缘纸 、聚丙烯膜 、橡胶等接触，更加速了油的老化。老 化的油由于酸值增大，沉淀析出，导致介损增大，击 穿电压、体积电阻率降低，从而大大缩短电气设备的 使用寿命?因此绝缘油的热老化安定性如同电气性 能一样，也是一项重要的分析指标。为了控制绝缘油 的此项性质 ，美国采用 ASTM D1934开 口杯老化方 法进行老化性能试验，我国则采用电力行业标准 DI 429．6—199l中的方法进行老化性能试验：表 l0 为几种变压器油 及混调后的老化试 验结果： 从表 l0看出，环烷基油老化后 的酸值及介损较石蜡基油要小，这说 明在抗热老化安定性方面环烷基油 明显优于石蜡基油： (5)优异的电气性能 石蜡基变压器油要达到与环烷 基变压器油相 同的溶解性能 和抗析 气性能，必须含有更多的芳烃，这必 然影响石蜡基变压器油的电气性能和抗氧化性能。 所以，电气性能好也是环烷基变压器油的特性之一。 变压器油的析气性，是指油品在高电场强度下， 部分烃分子会发生裂解，使油品发生脱氢。脱出的氢气又能被油吸收，并不在油中形成气泡，结果破坏油 的电气性能，并使变压器发生气隙放电。石蜡基油在 高压电场作用下会从油中释放出氢气，而许多环烷 基油在相同条件下则会吸收氢气，这种特性对超高 压设备用油具有一定的意义。 两种变压器油的综合性能比较见表 11。

5 结束语

    变压器油是由原油通过一定的加工而生产的石 油产品。变压器油的性能在一定程度上与原油的特 性有关。一般认为石蜡基原油倾点高，易氧化生成大 量的酸性化合物，这些特性对变压器油的电气性能、 工作寿命有很大的影响。因此，历史一般上选用倾点 低、氧化安定性较好的环烷基原油生产变压器油。 根据环烷基变压器油的以上特点，国内外大的 变压器制造商如ABB公司、SIEMENS公司、特变电 工沈阳变压器集团有限公司、西安西电变压器有限 集团公司和保定天威有限公司均选用环烷基变压器 油作为绝缘油，并用于进口设备的补油和换油。 变压器油是一种要运行长达几十年的绝缘介 质。目前国标所采用的评定方法和手段已远远落后于生产技术进步的实际，如果不迅速 加 以改变可能会影响正确的用油选 择 ，给电力安全运行带来潜在的隐 患。为此我们呼吁应加强石油公司同 电力部门的合作，将苯胺点、500h氧 化和 Baader法老化等国外普遍采用 的检测方法以及用户要求分析的油 中溶解气等方法纳入变压器油的生 产和运行标准之中，为广大用户的安 全用油奠定更坚实的基础。