變壓器油抗氧化性能的熱分析評價

摘要：通過差示掃描量熱技術(DSC)，測定變壓器油氧化放熱峰的起始溫度，并考察加入不同質量分數的抗氧劑(T501)后，它對變壓器油氧化起始溫度及抗氧化性能的影響。最后的實驗結果證明，差示掃描量熱技術是一種快速評價變壓器油抗氧化性能有效的新方法。
　　關鍵詞：差示掃描量熱技術（DSC）;變壓器油;起始溫度；抗氧化性能
　　
　　變壓器用油是變壓器重要的絕緣介質，要求具有可靠的電性能，良好的導熱性和氧化穩定性，但是，所有脫氣后的油品仍會溶解少量的空氣，使油品在使用過程中發生氧化，在高溫作用下，這種氧化過程還會加快。氧化生成的酸性產物形成淤渣甚至沉淀，不僅使導熱性、絕緣性下降，而且還會堵塞油路，引起嚴重事故，因此氧化穩定性是變壓器油的一個重要的使用條件和質量要求。
　　差示掃描量熱技術（differentialscanningcalorimetry，DSC）是20世紀60年代以后研制出的一種熱分析方法——在程序控制溫度條件下,測量輸入到被測物質和參比物的功率差與溫度關系。DSC氧化實驗是在空氣或氧氣氛圍下，檢測被測材料因氧化反應所引起的放熱實驗。實驗所得氧化放熱峰的起始溫度可以用來度量有機材料的氧化穩定性［1］。變壓器油的氧化穩定性通常采用SH/T0206—92方法測定，該方法需樣品用量多，分析時間長，操作繁瑣，重復性差［2］。據有關文獻報道：可利用DSC方法評價潤滑油［3，4］和導熱油［5］的抗氧化性能，但用于評價變壓器油的抗氧化性能尚未見報道。現用DSC方法考察變壓器油的氧化穩定性，獲得了較滿意的結果，該方法與SH/T0206—92方法相比，具有樣品用量少、時間快、重復性好等優點。
　　 1材料與實驗方法
　　1.1材料
　　基礎油：取變壓器油500g，加濃硫酸50g，邊加邊攪拌20min，然后加入5～10g干燥白土，繼續攪拌10min，沉淀后傾出澄清油。酸、白土處理進行兩次。將第二次處理后的澄清油加熱至70～80℃，再加入50g干燥白土，攪拌20min，沉淀后傾出澄清油，如此重復處理一次，沉淀后過濾得基礎油。
　　調和油：基礎油加適量的抗氧劑。
　　使用過的變壓器油和經再生裝置的變壓器油：由深圳供電分公司沙角分部提供。
　　抗氧劑：化學純，2—二叔丁基對甲酚和6—二叔丁基對甲酚（T501）。
　　1.2實驗儀器及條件
　　所有氧化實驗都在PerkinElmer公司7系列差示掃描量熱儀（differentialscanningcalorimeter,DSC）上進行。
　　分析油品質量3.0～4.0mg，氣氛為高純氧，氧氣流量為80mL/min，升溫速率為30℃/min。
　　1.3實驗方法
　　在程序升溫條件下，檢測油品發生氧化反應的起始溫度(起始氧化溫度由氧化放熱峰前沿外推至基線求得，見圖1)，并以此作為衡量油品氧化穩定性的尺度，起始氧化溫度越高，油品的抗氧化性能越好。
　　
　　 2結果與討論
　　2.1不同油樣的抗氧化性能
　　表1列出了精制油、再生裝置進口油、再生裝置出口油、新油、不同的調和油加上一定質量分數的T501的起始氧化溫度。從表1中的數據可以看出，精制油、再生裝置進口油、再生裝置出口油的氧化起始溫度非常接近，同時也說明經再生裝置前后的變壓器油已基本不含抗氧劑。調和油和再生裝置出口油中抗氧劑（T501）添加量的質量分數達到0.4％時，其氧化起始溫度已接近新油。
　　
　　 2.2T501添加量對變壓器油抗氧化性能的影響
　　基礎油中添加質量分數為0.1％的T501后，其氧化起始溫度達241.82℃，比基礎油提高近10℃。由圖2可知，隨著抗氧劑（T501）質量分數的增加，調和油的氧化起始溫度隨之上升，當T501的質量分數達到0.7％時，再增加抗氧劑的質量分數對油的氧化起始溫度無顯著影響。當基礎油中T501的質量分數為0.3％～0.5％時，其氧化起始溫度與新油的氧化起始溫度相當，符合電力用油標準中規定變壓器油中T501的質量分數必須達0.3％～0.5％的要求。雖然DSC評價油的氧化穩定性屬定性實驗，但可作為考察變壓器油中抗氧劑水平及抗氧劑添加量的一種快捷、簡便的方法。
　　
　　 2.3方法精密度
　　對基礎油和新油分別進行了5次重復測定（見表2），取得較好的重現性，說明該方法穩定、可靠。
　　
　　 2.4實驗條件對測試結果的影響
　　添加了抗氧劑的調和油如在空氣中露置時間過長，將使測試結果偏低，因此需密封保存。另外，升溫速度提高，氧化起始溫度移向高溫，但同一升溫速度下的測試結果仍遵循上述規律。氧氣流速在60～100mL/min之間，對測試結果影響不大，但油樣的多少直接影響氧化放熱峰的峰形及樣品的氧化程度，取3～4mg的油樣，DSC氧化峰的峰形、油樣氧化程度為最佳。
　　 3結束語
DSC熱分析技術測定變壓器油的氧化起始溫度，具有樣品用量少，自動化程度高，重復性好等優點，是評價變壓器油氧化穩定性以及衡量變壓器油中抗氧劑含量的一種快捷而有效的方法。
　　
　　參考文獻
　　
　　［1］劉振海，NB022山立子.分析化學手冊：第八分冊熱分析［M］.北京：化學工業出版社，2000
　　［2］SH/T0206—92,電力用油質量及試驗方法標準匯編［S］.
　　［3］姚俊兵，李銀鳳，董浚修.堿金屬鹽在合成潤滑油中的抗氧化性能評價［J］.石油煉制與化工，1997，28（2）：58—61
　　［4］姚俊兵.利用差示掃描量熱法評價潤滑油的高溫抗氧化性能［J］.潤滑與密封，2000（2）:35—37
　　［5］朱仁發，謝驥程.導熱油氧化穩定性的熱分析評價［J］.大學化學，1999，14（1）：41—42