袁小芳， 劉子恩， 宋玉梅， 徐霄筱

(1.安徽新力電業(yè)科技咨詢有限責任公司， 安徽 合肥 230601;2.國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學研究院， 安徽 合肥 230601)

0 前言

原油是一種復雜的多組分混合物，其主要化學元素是碳(83%～87%)和氫(10%～14%)，而石油的主要成分是烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴、其次是數(shù)量不多的非烴類組分。由于受溫度、空氣中氧以及金屬催化作用，油品在使用環(huán)境中所表現(xiàn)出的抗氧化能力，稱之為油品的“抗氧化安定性”。油品加入設備后，在運行過程中，因受溶解在油中的氧氣、溫度、水分、雜質(zhì)和金屬催化劑等作用而發(fā)生氧化、裂解等化學反應，不斷地變質(zhì)，生成大量的過氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化產(chǎn)物，這些氧化產(chǎn)物將對設備的正常運行造成一定的影響。油品的氧化安定性不好，在使用過程中容易氧化，所產(chǎn)生的氧化產(chǎn)物會降低電力用油和電氣設備的性能，使油的抗乳化性能變差，而油泥、沉淀等氧化產(chǎn)物會堵塞油路，酸性氧化產(chǎn)物會腐蝕設備部件，縮短其使用壽命，影響設備的經(jīng)濟、安全運行。

傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)氧彈法對基礎油和添加抗氧化抑制劑的電力用油都能作為評判油品抗氧化性能的有效手段，具有試驗周期短、適用范圍廣、儀器價格較低等優(yōu)點，是目前最易于推廣的檢測方法，但隨著我國超特高壓電網(wǎng)建設的快速發(fā)展，大型充油設備用油量越來越大，開展電力用油抗氧化性能檢測技術相關研究已成為科研單位廣為關注的熱點。通過對現(xiàn)有的旋轉(zhuǎn)氧彈技術基礎的研究，針對傳統(tǒng)抗氧化安定性檢測方法存在的問題，研究開發(fā)一種高效全自動電力用油抗氧化安定性檢測系統(tǒng)。

1 全自動檢測系統(tǒng)的研究

1.1 傳統(tǒng)檢測方法概述

氧化安定性測試方法的一般原理是：在一定量的測試油樣中，放入金屬片作為催化劑，在一定的溫度下輸入一定量的氧氣，待壓力下降到規(guī)定值所需的時間。傳統(tǒng)的氧化安定性采用SH/T 0193-2008(潤滑油氧化安定性的測定旋轉(zhuǎn)氧彈法》測定：將試樣、水和銅催化劑線圈放入一個帶蓋的玻璃盛樣氣內(nèi)，置于裝有壓力表的氧彈中。氧彈充入620 kPa壓力的氧氣，放入規(guī)定的恒溫油浴中(汽輪機油150 ℃,礦物絕緣油140 ℃)，使其以100 r/min的速度與水平面成30°角軸向旋轉(zhuǎn)。試驗達到規(guī)定的壓力降175 kPa所需的時間(min)即為試樣的氧化安定性。見圖1。

圖1 傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)氧彈試驗儀器示意圖

傳統(tǒng)的氧化老化法試驗周期長，且試驗過程操作繁瑣，自動化程度低、安全防護設施不完善等不足：

(1)用作催化劑的銅絲在試驗前需要先用高濃度混合酸液(硝酸和磷酸體積比為7∶3)處理以去除表面氧化層，該環(huán)節(jié)有大量有毒氣體產(chǎn)生，可能對試驗人員造成人身傷害；

(2)試驗過程中需要將氧彈加熱至140 ℃，傳統(tǒng)儀器一般采用油浴方式對氧彈加熱和恒溫，這種加熱方式雖然控溫穩(wěn)定性較好，但是用于油浴的硅油加熱時會產(chǎn)生大量油煙，不僅污染環(huán)境，而且長期使用后，在儀器底部產(chǎn)生大量油泥，需要定期將油排出清洗和更換；

(3)現(xiàn)有儀器一次試驗最多只能檢測兩組樣品，已遠遠不能滿足近年來大量新增的超特高壓變壓器油開展抗氧化安定性檢測的需求。實驗人員一直期待以更簡便、快速、有效的方法進行替代。

1.2 全自動檢測系統(tǒng)的研究

針對傳統(tǒng)方法存在的缺陷和不足，將以傳感器、遠程監(jiān)控為基礎的新型物聯(lián)網(wǎng)技術與傳統(tǒng)方法相結(jié)合，采用新型加熱方式，具備自動控制、多重保護和遠程監(jiān)控等功能的新型全自動變壓器油抗氧化安定性檢測系統(tǒng)，提高工作人員檢測效率。

1.2.1 全自動銅絲預處理裝置

銅絲預處理的作用是除去表面氧化層，傳統(tǒng)方法主要是在通風櫥中用高濃度混合酸液(硝酸和磷酸體積比為7∶3)去除表面氧化層，但是中間會產(chǎn)生避免了大量氣體，這些氣體對人體有一定的傷害。

研究催化劑銅絲自動預處理裝置如圖2所示，采用相對密閉的空間，通過蠕動泵將混合酸液自動抽入預處理裝置，除去銅絲表面氧化層，并依次用純水和乙醇清洗，晾干待用，將該化學反應過程中產(chǎn)生的有毒氣體抽出至堿液中吸收，避免直接排放對環(huán)境造成污染，對人身造成傷害。

圖2 銅絲預處理裝置

1.2.2 多工位金屬浴加熱技術的研究

現(xiàn)有油浴加熱檢測儀器一般單次只能檢測兩組樣品，為適應超特高壓充油設備大量增加帶來的檢測需求，研究多工位檢測系統(tǒng)，單次試驗可同時對多個樣品進行檢測。

盛裝樣品的氧彈是變壓器油氧化的主要反應場所，其密封性能是旋轉(zhuǎn)氧彈法檢測油品抗氧化安定性的關鍵要素，采用和金屬浴加熱方式相匹配的高密封性、高機械強度氧彈，具備耐高溫、高壓特性，杜絕檢測過程中漏氣現(xiàn)象發(fā)生，保證試驗安全穩(wěn)定進行。而干式金屬浴這一新型加熱方式替代傳統(tǒng)的油浴加熱，通過微電腦控制對高純度鋁材料進行加熱和恒溫，并加裝自動故障檢測、溫度偏差校準、超溫保護、斷電自動恢復、多重安全保護等功能模塊。該方法具有精度高、體積小、外觀精美、使用方便等特點。研究人員根據(jù)氧彈大小研制合適孔經(jīng)的加熱塊，選擇導熱性能優(yōu)良的高密度鋁合金材料，保證了系統(tǒng)加熱均勻，提升了系統(tǒng)控溫穩(wěn)定性。

1.2.3 遠程壓力監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)

選擇性能穩(wěn)定的高精度無線壓力傳感器和氧彈壓力信號監(jiān)測系統(tǒng)，實時檢測試驗過程中壓力變化，將壓力信號傳輸至監(jiān)控系統(tǒng)，壓力超出一定范圍時能自動啟動保護功能，裝設網(wǎng)絡攝像頭等視頻監(jiān)控設備，并預留滿足相關規(guī)約或協(xié)議的通訊接口，既能實現(xiàn)試驗人員遠程監(jiān)控試驗進程，又能實現(xiàn)試驗數(shù)據(jù)上傳至上一級數(shù)據(jù)平臺。

1.2.4 全自動控制和保護技術的研究

采用全自動電、氣路控制系統(tǒng)，在電磁閥配合下通過程序控制能實現(xiàn)氧彈自動充放氣、漏氣檢測等功能；采用具備超溫保護、自校準功能的多維溫控系統(tǒng)，自動檢測金屬浴實時溫度；采用高精度旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速控制模塊，保證系統(tǒng)控溫均勻。試驗結(jié)束時自動停止加熱和旋轉(zhuǎn)，記錄反應時間、保存壓力變化曲線等試驗數(shù)據(jù)，提高試驗過程安全性和可靠性。

試驗通道均配有單獨的進排氣系統(tǒng)，支持試驗的同時進行和分時進行，提高便利性。通道電磁閥均采用進口電磁閥，具有耐腐蝕，無泄漏，使用壽命長的優(yōu)點。實驗中，除了準備好樣品，接好氧氣管路后，無需實驗人員的任何介入操作，氧彈體的氣體排空，空氣置換，按環(huán)境溫度計算好壓力值后自動進氣，實驗結(jié)束條件達到后自動停止試驗，氧彈體溫度降低到80 ℃以下后氣體自動排空。

1.2.5 新型全自動電力用油抗氧化安定性檢測儀

將各功能模塊通過電、氣路系統(tǒng)有機有機組合連接，使各功能模塊合理配合，通過統(tǒng)一的工作軟件進行控制，實現(xiàn)一次試驗可同時對多組樣品開展檢測，無需專業(yè)人員夜間值守，全面提升檢測工作效率。避免接觸因處理金屬銅絲產(chǎn)生的有毒氣體，避免用油浴加熱產(chǎn)生的大量油煙。多方位的加熱方式，大幅度提高了檢測數(shù)量和檢測效率，能滿足當前大量新增的超特高壓變壓器油對抗氧化安定性檢測的需求。采用這樣的方法檢測更簡便、快速、有效，目前實驗室制定的關于電力用油旋轉(zhuǎn)氧彈測定法已形成標準，目前處理報批中。

1.3 檢測性能比較

選擇實驗室的變壓器油和汽輪機油，對新型的全自動抗氧化安定性檢測儀的檢測結(jié)果(方式1)與傳統(tǒng)方法的檢測結(jié)果(方式2)進行對比，并選擇了一些具有代表性意義的數(shù)據(jù)進行了對比。變壓器油的測試結(jié)果參照SH/T0193-2008《潤滑油氧化安定性的測定旋轉(zhuǎn)氧彈法》重復性要求，滿足標準規(guī)定的重復性要求范圍(兩次測定結(jié)果之差小于23 min)之內(nèi)，

r

=0

.

12

X

(

X

為重復測定結(jié)果的算術平均值)，兩種方式的檢測也分別滿足誤差為121 min，96 min，105 min，79 min，111 min的范圍。結(jié)果表明，新型全自動電力用油的抗氧化安定儀能基本滿足需求，而且能大幅度提高檢測效率。

表1 新型全自動氧化安定性檢測儀與傳統(tǒng)方法的測試結(jié)果比較表

2 結(jié)論

通過對傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)氧彈方法的改進，研究了全自動銅絲預處理裝置，避免處理過程中對環(huán)境造成的污染以及對人員健康的損害。采用多工位金屬浴加熱技術，提高了加熱方式的穩(wěn)定性，多個工位同時作業(yè)，大幅度提高試驗效率，滿足近年來大量新增的超特高壓設備變壓器油抗氧化安定性檢測的需求。采用全自動控制和保護技術，精準控制試驗氧彈的自動充放氣、漏氣檢測，具備超溫保護、自校準的多維溫控，自動檢測金屬浴實時溫度，保證試驗過程的安全性和可靠性。