变压器油抗氧化性能的热分析评价

摘要：通过差示扫描量热技术(DSC)，测定变压器油氧化放热峰的起始温度，并考察加入不同质量分数的抗氧剂(T501)后，它对变压器油氧化起始温度及抗氧化性能的影响。最后的实验结果证明，差示扫描量热技术是一种快速评价变压器油抗氧化性能有效的新方法。
　　关键词：差示扫描量热技术（DSC）;变压器油;起始温度；抗氧化性能
　　
　　变压器用油是变压器重要的绝缘介质，要求具有可靠的电性能，良好的导热性和氧化稳定性，但是，所有脱气后的油品仍会溶解少量的空气，使油品在使用过程中发生氧化，在高温作用下，这种氧化过程还会加快。氧化生成的酸性产物形成淤渣甚至沉淀，不仅使导热性、绝缘性下降，而且还会堵塞油路，引起严重事故，因此氧化稳定性是变压器油的一个重要的使用条件和质量要求。
　　差示扫描量热技术（differentialscanningcalorimetry，DSC）是20世纪60年代以后研制出的一种热分析方法——在程序控制温度条件下,测量输入到被测物质和参比物的功率差与温度关系。DSC氧化实验是在空气或氧气氛围下，检测被测材料因氧化反应所引起的放热实验。实验所得氧化放热峰的起始温度可以用来度量有机材料的氧化稳定性［1］。变压器油的氧化稳定性通常采用SH/T0206—92方法测定，该方法需样品用量多，分析时间长，操作繁琐，重复性差［2］。据有关文献报道：可利用DSC方法评价润滑油［3，4］和导热油［5］的抗氧化性能，但用于评价变压器油的抗氧化性能尚未见报道。现用DSC方法考察变压器油的氧化稳定性，获得了较满意的结果，该方法与SH/T0206—92方法相比，具有样品用量少、时间快、重复性好等优点。
　　 1材料与实验方法
　　1.1材料
　　基础油：取变压器油500g，加浓硫酸50g，边加边搅拌20min，然后加入5～10g干燥白土，继续搅拌10min，沉淀后倾出澄清油。酸、白土处理进行两次。将第二次处理后的澄清油加热至70～80℃，再加入50g干燥白土，搅拌20min，沉淀后倾出澄清油，如此重复处理一次，沉淀后过滤得基础油。
　　调和油：基础油加适量的抗氧剂。
　　使用过的变压器油和经再生装置的变压器油：由深圳供电分公司沙角分部提供。
　　抗氧剂：化学纯，2—二叔丁基对甲酚和6—二叔丁基对甲酚（T501）。
　　1.2实验仪器及条件
　　所有氧化实验都在PerkinElmer公司7系列差示扫描量热仪（differentialscanningcalorimeter,DSC）上进行。
　　分析油品质量3.0～4.0mg，气氛为高纯氧，氧气流量为80mL/min，升温速率为30℃/min。
　　1.3实验方法
　　在程序升温条件下，检测油品发生氧化反应的起始温度(起始氧化温度由氧化放热峰前沿外推至基线求得，见图1)，并以此作为衡量油品氧化稳定性的尺度，起始氧化温度越高，油品的抗氧化性能越好。
　　
　　 2结果与讨论
　　2.1不同油样的抗氧化性能
　　表1列出了精制油、再生装置进口油、再生装置出口油、新油、不同的调和油加上一定质量分数的T501的起始氧化温度。从表1中的数据可以看出，精制油、再生装置进口油、再生装置出口油的氧化起始温度非常接近，同时也说明经再生装置前后的变压器油已基本不含抗氧剂。调和油和再生装置出口油中抗氧剂（T501）添加量的质量分数达到0.4％时，其氧化起始温度已接近新油。
　　
　　 2.2T501添加量对变压器油抗氧化性能的影响
　　基础油中添加质量分数为0.1％的T501后，其氧化起始温度达241.82℃，比基础油提高近10℃。由图2可知，随着抗氧剂（T501）质量分数的增加，调和油的氧化起始温度随之上升，当T501的质量分数达到0.7％时，再增加抗氧剂的质量分数对油的氧化起始温度无显著影响。当基础油中T501的质量分数为0.3％～0.5％时，其氧化起始温度与新油的氧化起始温度相当，符合电力用油标准中规定变压器油中T501的质量分数必须达0.3％～0.5％的要求。虽然DSC评价油的氧化稳定性属定性实验，但可作为考察变压器油中抗氧剂水平及抗氧剂添加量的一种快捷、简便的方法。
　　
　　 2.3方法精密度
　　对基础油和新油分别进行了5次重复测定（见表2），取得较好的重现性，说明该方法稳定、可靠。
　　
　　 2.4实验条件对测试结果的影响
　　添加了抗氧剂的调和油如在空气中露置时间过长，将使测试结果偏低，因此需密封保存。另外，升温速度提高，氧化起始温度移向高温，但同一升温速度下的测试结果仍遵循上述规律。氧气流速在60～100mL/min之间，对测试结果影响不大，但油样的多少直接影响氧化放热峰的峰形及样品的氧化程度，取3～4mg的油样，DSC氧化峰的峰形、油样氧化程度为最佳。
　　 3结束语
DSC热分析技术测定变压器油的氧化起始温度，具有样品用量少，自动化程度高，重复性好等优点，是评价变压器油氧化稳定性以及衡量变压器油中抗氧剂含量的一种快捷而有效的方法。
　　
　　参考文献
　　
　　［1］刘振海，NB022山立子.分析化学手册：第八分册热分析［M］.北京：化学工业出版社，2000
　　［2］SH/T0206—92,电力用油质量及试验方法标准汇编［S］.
　　［3］姚俊兵，李银凤，董浚修.碱金属盐在合成润滑油中的抗氧化性能评价［J］.石油炼制与化工，1997，28（2）：58—61
　　［4］姚俊兵.利用差示扫描量热法评价润滑油的高温抗氧化性能［J］.润滑与密封，2000（2）:35—37
　　［5］朱仁发，谢骥程.导热油氧化稳定性的热分析评价［J］.大学化学，1999，14（1）：41—42