变压器油中腐蚀性硫抑制剂添剂研究及添加工艺设计.doc

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1、变压器油中腐蚀性硫抑制剂添剂研究及添加工艺设计352020年4月19日文档仅供参考 CHANGSHA UNIVERSITY OF SCIENCE & TECHNOLOGY 毕业设计(论文)题目: 变压器油中腐蚀性硫 抑制剂添剂研究及添加工艺设计 学生姓名: 李俊学 号: 67090214班 级: 应化0902班专 业: 应用化学指导教师: 杨道武 6 月 变压器油中腐蚀性硫抑制剂添剂研究及添加工艺设计 学生姓名: 李俊 学 号: 67090214 班 级: 应化0902班 所 在院(系): 化学与生物工程学院 指导教师: 杨道武 完成日期: 6月变压器油中腐蚀性硫抑制剂添剂研究及添加工艺设计

2、摘要变压器油中腐蚀性硫是导致变压器故障的主要原因。研究目的是提出一种测试腐蚀性硫的方法,选用一种抑制剂来减小硫的腐蚀,并设计出添加工艺。为以后变压器腐蚀性硫的研究提供支持。本论文对变压器油中腐蚀性硫进行研究,以不同含硫量下的变压器油为对象。经过研究界面张力、微水、介损、电导率和酸值对变压器油中腐蚀性硫的影响,同时还对其加入钝化剂BTA进行研究,用ASTMD1275-B方法检测铜片腐蚀情况。结果表明:随着含硫量的增加酸值会变大,电导率会增大,铜片的腐蚀会更严重。在含硫量在500mg/kg的油样下,加入钝化剂(BAT)的最佳添加量为40mg/kg。本论文设计出钝化剂的添加工艺,而且设计出添加工艺流

3、程图,达到的效果简洁方便。关键词:变压器油;添加剂;添加工艺;设计CORROSIVE SULFUR IN TRANSFORMER OIL INHIBITOR TIM DOSE OF STUDY AND ADD PROCESS DESIGNABSTRACT Corrosive sulfur in transformer oil is the main cause transformer failure. Objective is to provide a method of corrosive sulfur test, use an inhibitor to reduce corrosion o

4、f sulfur, and the added design process. Corrosive sulfur transformer for the future research to provide support. This corrosive sulfur in transformer oil studied under different sulfur content of transformer oil as objects. By studying the interfacial tension, micro water, dielectric loss, conductiv

5、ity and acid corrosive sulfur in transformer oil impact, while also adding to its passivating agent BTA conducted the study with ASTMD1275-B was used to detect copper corrosion. The results show that: with the increase of sulfur acid value becomes large, the conductivity will increase, the corrosion

6、 of copper will be more serious. 500mg/kg of the sulfur content in the oil sample, add passivating agent (BAT) for the best dosage of 40mg/kg.In this thesis, a passivating agent added processes, and design a process flow diagram added to achieve the effect of simple and convenient.Key words: Transfo

7、rmer oil; Additive; Add craft; Design目 录1 绪论11.1 研究目的及意义11.1.1 研究目的11.1.2 研究意义11.2 变压器油中腐蚀性硫的基本情况概述11.2.1 变压器油的主要性能11.2.2 变压器油中腐蚀性硫的危害21.2.3 变压器油中腐蚀性硫国内外研究利用现状31.3 变压器油钝化剂的国内现状41.4 本论文研究与设计内容42 抑制剂添加研究62.1 实验药品及仪器62.1.1 实验药品62.1.2 实验仪器72.2 不同油样参数测定72.2.1 样品配制72.2.2 酸值72.2.3 介损与电阻率92.2.4 界面张力122.2.5

8、微水132.3 样品铜片腐蚀试验152.3.1 铜片腐蚀的机理152.3.2 ASTMD1275-B腐蚀性硫检测方法152.3.3 铜片腐蚀情况152.4 油样加入钝化剂实验162.4.1 钝化剂的钝化机理162.4.2 钝化剂的相关性质162.4.3 加入钝化剂铜片腐蚀情况172.5 小结173 添加工艺设计183.1 设计依据183.2 添加工艺设计流程图183.3 添加步骤与注意事项193.4 小结194 结论及展望204.1 不同含硫量下变压器油性能研究结论204.2 不同含硫量下铜片的腐蚀研究结论204.3 加入钝化剂后铜片的腐蚀研究结论204.4 添加工艺设计结论204.5 展望2

9、0参考文献22致谢24 1 绪论1.1 研究目的及意义 1.1.1 研究目的 变压器是电力系统中关键的设备之一。以变压器油为对象,提出一种测试腐蚀性硫的方法,选用一种抑制剂来减小硫的腐蚀,并设计出添加工艺。本研究能够为以后变压器腐蚀性硫的研究提供支持。在新油中加入不同量的二汴基二硫进行腐蚀性硫的研究。经过检测铜片的腐蚀情况了解加入二苄基二硫对其的影响。并加入钝化剂研究其钝化效果。找出添加钝化剂的最佳量。 1.1.2 研究意义 对于变压器油中腐蚀性硫的防腐措施是必不可少的,在新投产的变压器应增加变压器油中腐蚀性硫的检测,一定不容许在变压器中运用含有腐蚀性硫的变压器油,对被检测出有腐蚀硫的变压器油

10、,要向其添加钝化剂阻止变压器油腐蚀,同时做出预防的方法,对变压器的安全稳定运行起非常重要的作用。经过本论文研究和设计的变压器油中的硫腐蚀有一个深刻的认识,而且提供实验依据。 实验室里得到的实验结论可慢慢地用于生产,为实际生产提供依据,减小实际生产中带来的损失。1.2 变压器油中腐蚀性硫的基本情况概述1.2.1 变压器油的主要性能(1) 酸值 在化学中,酸值(或称中和值、酸价、酸度)表示中和1g化学物质所需的氢氧化钾(KOH)的毫克数。酸值是对化合物(例如脂肪酸)或混合物中游离羧酸基团数量的一个计量标准。典型的测量程序是,将一份份量已知的样品溶于有机溶剂,用浓度已知的氢氧化钾溶液滴定,并以酚酞溶

11、液作为颜色指示剂。是指中和1g天然脂肪中的游离酸所是指中和1g天然脂肪中的游离酸所消耗氢氧化钾的毫克数。酸值的大小反应了脂肪中游离酸含量的多少。 (2) 介损与电阻率绝缘材料在电场作用下,由于介质电导和介质极化的滞后效应,在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失,简称介损。用来表示各种物质电阻特性的物理量。某种材料制成的长1m、横截面积是1mm2的在常温下(20时)导线的电阻,叫做这种材料的电阻率。电阻率的单位是欧姆米(m),常见单位是欧姆毫米和欧姆米。介损是绝缘油一项重要的电气性能指标,能直接反应运行变压器油的老化程度,能说明变压器油中的极性杂质。影响介损的因素有很多,如水分、温度、极性杂质和氧

12、化产物等。(3) 界面张力界面张力,是液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿表面作用于任一界线上的张力。一般,由于环境不同,处于界面的分子与处于相本体内的分子所受力是不同的。在水内部的一个水分子受到周围水分子的作用力的合力为0,但在表面的一个水分子却不如此。因上层空间气相分子对它的吸引力小于内部液相分子对它的吸引力,因此该分子所受合力不等于零,其合力方向垂直指向液体内部,结果导致液体表面具有自动缩小的趋势,这种收缩力称为界面张力。在变压器油运行过程中,油品老化后会在油中生成各种醇以及有机酸,也会导致界面张力的下降。在国家标准中,界面张力的数值不能低于19mN/m。(4) 微量水分微水是指油中含

13、有的水分,由于含量一般很少,称为微水,单位为g/g。变压器油中的水分含量虽然很少,却对油的变质有着极其重大的破坏作用。水分不但存在于油中,同时也会被变压器中的绝缘纸吸收,降低变压器的使用寿命。微水在变压器系统中可能存在的形式有3种:溶解水、乳化水、游离水。 1.2.2 变压器油中腐蚀性硫的危害近几年国内、外专家学者变压器油中腐蚀性硫进行了很多研究,从当前的调查结果来看,含有腐蚀性硫的变压器油涉及了国际上几大著名的变压器油厂商,如壳牌、尼纳斯等,因此凡是进口变压器和充油进口油的国产变压器均有可能油中具有腐蚀性硫,这些变压器在运行中,都有产生硫化铜的可能性, 20世纪90年代以来,深圳供电局将进口

14、芬兰ABB公司生产的110kv变压器共41台,型号为KTRT12350型,出厂日期分别是1991,1993,1994,1995,1996年。投运至今共发生8台次在运行中发生事故,其中4台为调压线圈出现头短路、线圈倒塌,2台匝间短路,1台饼间短路,1台为中性点套管爆炸。经过对这几台变压器事故后的调查和分析发现:线圈电磁线腐蚀严重,同时还发现绝缘纸和铜线上有金属化合物。检测员采 用X荧光能谱和X衍射能谱仪分析金属化合物为硫化亚铜,由于硫化亚铜的导电性,该物质对导线绝缘纸渗透、污染,使导线绝缘度逐渐减弱,最终导致变压器烧坏。有一些变压器油在生产出来的时候就带有少部分的硫化物,这些硫化物被作为天然的抑

15、制剂。在正常情况下,硫化物能减缓变压器油的老化速度并阻止形成酸性物质和沉淀,可是在特别条件下,当变压器油温度较高时,变压器油中的硫化物会变换成含腐蚀性的活性硫。在这些活性硫与变压器中铜绕组腐蚀反应产物的硫化亚铜硫,附着绝缘纸之间的绝缘绕组产生的减弱,导致匝间短路,最后变压器烧坏。1.2.3 变压器油中腐蚀性硫国内外研究利用现状 当今世界,变压器油中腐蚀性硫抑制剂添剂研究及添加工艺设计是刻不容缓的。国内外的学者对变压器油中腐蚀性硫的反应机理、反应条件都进行了实验。变压器中腐蚀性硫的来源主要还是来自变压器油。腐蚀性硫对变压器线圈的腐蚀,测定变压器油中腐蚀性硫的方法,而且还进行了添加钝化剂前后的对比

16、实验。认为腐蚀性硫主要来自变压器油,原油中含硫化合物及其反应活性、硫化亚铜导致故障的机理1。国外的一些学者提出了一些减轻含腐蚀性硫变压器油腐蚀性的可能措施 。如除去油中腐蚀性硫、换油或混油使用、添加金属减活剂。介绍一种测定变压器油中的腐蚀性硫的实验方法,优化变压器油的铜粉腐蚀反应条件及高温燃烧 红外吸收法2 的检测条件、分析方法的回收率、精密度、重现性,对定性方法进行了比较。是金属减活剂抑制变压器硫腐蚀应用研究。金属减活剂主要分为两大类,三氮唑类衍生物和噻二唑衍生物,在变压器油中主要使用三氮唑类衍生物作为金属减活剂,金属减活剂的作用机理是在金属表面形成致密的保护膜,防止油品直接与金属接触,从而

17、起到防止油中的腐蚀性物质腐蚀金属及钝化金属对油品氧化的促进作用从而提高油品的抗氧化性能3。导致腐蚀性硫的原因以及关于它的一些影响因素,而且还提出了降低腐蚀性硫危害措施。首先笔者对腐蚀性硫导致变压器故障的机理进行分析,分别对温度、电场和氧气浓度这三个因素进行试验,研究其对腐蚀性硫与铜反应的影响。得出了自己的观点,处于高负载运行状态下的变压器更容易发生硫腐蚀故障,且该类故障多发生在热带地区。随着氧气浓度的增大,腐蚀程度加剧。当前,中国变压器油腐蚀性硫检测方法有石化行业标准SH/T0304-1999和SH/T0804- 。国外有国际标准化组织标准ISO5662-1997、美国试 验与材料协会标准AS

18、TMD1275-006、德国标准DIN51353-1985和国际电工委员会标准IEC62535- 。其中,中国石化行业标准SH/T0304-1999是等效采用国际标准ISO5662-1997而制定的,SH/T0804- 是修改德国标准DIN5135-1985后制定的。当前,ASTMD1275B法和IEC62535- 法已由中国石油克拉玛依润滑油研究所转化为国家标准和电力部门标准4。1.3 变压器油钝化剂的国内现状 金属对油的各种影响的添加剂。在炼油工业方面金属钝化剂有两个方面的应用。 (1)用来抑制活性金属离子(铜、铁、镍、锰等)对油品氧化的催化作用的物质。常与抗氧剂复合使用于汽油、喷气燃料、

19、柴油等轻质燃料中,可提高油品的安定性,延长储存期。常见的如N,N-二亚水杨基丙二胺。 (2)在重油催化裂化中,用来抑制油中所含重金属(镍、钒、铜等)对催化剂活性的影响的物质,常见的为锑的化合物。 常见的钝化剂有苯并三氮唑(BTA),它的分子量是119.13,苯并三氮唑在国内生产的有三种形状的,有颗粒状,片状,针状.国外的,大部分做颗粒和片状的纯品系白色至微黄色针状晶体,白色浅褐色针状结晶,可加工成片状、颗粒状、粉状。在空气中氧化而逐渐变红。本品味苦、无臭。在真空中蒸馏时能发生爆炸。溶于乙醇、苯、甲苯、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺,微溶于水。熔点为98.5,沸点为204(15毫米汞柱),微溶于水,

20、溶于醇,苯,甲苯,氯仿等大多数有机溶剂。主要用作金属铜(如银、铜、铅、镍、锌等)的防锈剂与缓蚀剂,广泛用于变压器油产品中,多用于铜及铜合金的5。 甲基苯并三氮唑(TTA)白色颗粒或粉末,易吸潮,是4-甲基苯并三氮唑与5-甲基苯并三氮唑的混合物,难溶于水,溶于醇、苯、甲苯、氯仿等有机溶剂,可溶于稀碱液。能够作为有色金属铜和铜合金的缓蚀剂,对黑色金属也有缓蚀作用6。甲基苯并三氮唑(TTA)吸附在金属表面形成一层很薄的膜,保护铜及其它金属免受大气及水中有害介质的腐蚀。甲基苯并三氮唑(TTA)成膜更均匀,和巯基苯骈噻唑 (MBT)复合使用效果更佳。 金属减活剂噻二唑衍生物(TH561)是铜的腐蚀抑制剂

21、,非铁金属减活剂具有极好的油溶性能,能够作为润滑油中作为金属减活剂,而且具有很好的挤压抗磨特性7。我公司吸收国外最新先进生产技术自主开发了噻二唑多硫化物(T561),其所有原料均国内自产。其合成工艺中避免了采用离子性强酸,选择合适的配料比生产的产品活性硫含量高而且产品的酸值低,T561具有优良的油溶性、铜腐蚀抑制性和抗氧化性能,用于液压油能显著降低ZDDP对铜的腐蚀解决水解安定性问题,用于内燃机油中可大大提高大庆石蜡基油的抗氧化性能,还可用于二冲程汽油机油中,能提高油品的抗胀紧性能。1.4 本论文研究与设计内容 本论文以变压器油为对象,提出一种测试腐蚀性硫的方法,选用一种抑制剂来减小硫的腐蚀,

22、首先配制不同含硫量下的油样,进行油样的性能测试,如界面张力,酸值,介损与电阻率,微量水分。再用ASTMD1275-B检测铜片的腐蚀情况。最后找出腐蚀性最强的油样加入BTA进行抗腐蚀实验。本论文设计了钝化剂的添加工艺,制定了添加工艺的流程图。以及添加过程中的注意事项。 2 抑制剂添加研究2.1 实验药品及仪器2.1.1 实验药品 (1) 二苄基二硫表2-1 二苄基二硫名称分子式分子量熔点相对密度结构式二苄基二硫C14H14S2246.3968-721.3淡黄色叶状或小叶片晶。呈强烈的焦糖焦香气,浓时有刺激性。沸点270(分解)。几乎不溶于水,溶于热乙醇和乙醚。 (2) 25#变压器油 变压器油样

23、品变压器油:是石油的一种分馏产物,它的主要成分是烷烃,环烷族饱和烃,芳香族不饱和烃等化合物。俗称方棚油,浅黄色透明液体,相对密度0.895。凝固点-45 。变压器油的主要作用:(a) 绝缘作用:变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中,不但可提高绝缘强度,而且还可免受潮气的侵蚀。(b) 散热作用:变压器油的比热大,常见作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升,经过油的上下对流,热量经过散热器散出,保证变压器正常运行。(C) 消弧作用:在油断路器和变压器的有载调压开关上,触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好,且在电弧的高温作用下能分触了大量气体,产生较

24、大压力,从而提高了介质的灭弧性能,使电弧很快熄灭。变压器油:用于绝缘冷却。几号油代表是零下几度凝固。如10号变压器油就是在-10凝固;25号就是在-25时凝固。一般南方地区用10号就能够了。北方地区需要更高号的变压器油。表2-2 25#变压器油的参数新油酸值介损微水界面张力25#变压器油0.00770.0504142.22.1.2 实验仪器表2-3 实验仪器仪器名称型号生产厂家绝缘油介损及电阻率自动测定仪ZHJ3100山东中惠仪器有限公司张力全自动测定仪ZHZ501山东中惠仪器有限公司微量水分测定仪ZHS1003山东中惠仪器有限公司多功能全自动振荡仪ZHQ701山东中惠仪器有限公司电子万用炉D

25、K-98-天津市泰斯特仪器有限公司恒温振荡器THZ-82金坛市精达仪器制造厂超声波清洗机SB-3200DT宁波新芝生物科技股份有限公司真空干燥箱DZF-6050上海精宏实验设备有限公司恒温老化箱101-2上海双旭电子有限公司分析电子天平BP221S北京北凯仪器设备有限公司聚丙烯容量瓶100mL上海铂勒机电设备有限公司广口瓶1000mL250mL如皋市聚财玻璃瓶盖厂砂纸2#、4#、6#盐城鑫之海磨具有限公司其它定量滤纸;移液管;玻璃棒2.2 不同油样参数测定2.2.1 样品配制分别取25#变压器油1kg加入50mg、100mg、150mg、200mg、250mg、400mg、500mg、600m

26、g二苄基二硫,然后分别贴上标签,最后搅拌使其溶解备用。2.2.2 酸值中和1g石油产品所需的氢氧化钾毫克数成为酸值。需要的仪器有:250mL的锥形瓶、冷凝管、1mL的微量滴定管、恒温振荡器、天平、50mL量筒需要的药品有:氢氧化钾、无水乙醇、溴百里香草酚蓝采用GB7599-1987,具体操作如下:配制KOH:KOH需要现配现用的,浓度为0.02-0.05mol/L,首先要称取0.1122-0.2805g的KOH于烧杯中,再加入无水乙醇溶解,由于KOH与乙醇溶液在常温下不好溶解,因此需要加热溶解。准备好100ml的容量瓶,把烧杯里的KOH定容于100mL的容量瓶中。再用无水乙醇定容。最后记下KO

27、H的浓度为C mol/L.配制溴百里香草酚蓝(简称BTB)指示剂:用分析天平称取0.5g(0.01g)溴百里香草酚蓝,放入干净的烧杯中,再用量筒量取100mL无水乙醇,最后用事先配制的0.1mol/L的KOH溶液中和,直到pH为5.0,备用。实验时要用天平秤取8-10g的样品于锥形瓶中,接着倒入50mL的无水乙醇,放入预先设定80的恒温振荡仪中,加上蒸馏管进行实验,用恒温振荡仪加热5min,而且锥形瓶要处于摇晃状态,5min后取出锥形瓶加入4滴溴百里香草酚蓝(简称BTB)指示剂,马上用配好的KOH溶液进行滴定,直到锥形瓶中溶液的颜色由黄色变为蓝绿色,即达到滴定终点。消耗KOH溶液的体积记为V1

28、,最后进行无水乙醇的空白实验,找出消耗KOH溶液的体积记为V0。变压器油中的酸值结果由以下公式计算:式中:X油样的酸值,单位为mgKOH/g; V1测定油样消耗的0.020.05mol/LKOH乙醇溶液的体积,单位为mL;V0测定无水乙醇所消耗的.020.05mol/LKOH乙醇溶液的体积,单位为mL;CKOH乙醇溶液的浓度,单位为mol/L; 56.1KOH的分子量;G油样的质量,单位为g。用锥形并到称取油样810g(精确到0.01g),此时的质量记为G;表2-4 不同含硫量对酸值的影响含硫量mg/kg油量g酸值mgKOH/g平均酸值08.23520.0074 0.0077 8.47950.

29、0079 508.42710.0123 0.0109 8.36110.0095 1008.54420.0107 0.0110 8.76040.0112 1508.75840.0140 0.0145 8.85470.0149 2008.34030.0180 0.0176 8.56020.0171 2508.62330.0189 0.0186 8.45340.0184 4008.15140.0243 0.0235 8.55460.0226 5008.65820.0251 0.0249 8.54720.0246 6008.78390.0258 0.0259 8.53480.0260 图2.1 不同含

30、硫量对酸值的影响 实验用了GB7599-1987测定变压器油的酸值,经过以上数据得到了以下结论,随着硫含量的增加得出酸值是一直增加的。从而进一步说明二苄基二硫对变压器油的酸值有影响。 2.2.3 介损与电阻率本论文测量介损的方法为GB5654-85,用实验室ZHJ3100型绝缘油介损及电阻率自动测定仪进行测量。测量介损仪器原理为:首先对所测量的油样进行升温,当所要测量油样的温度达到预先设定的温度时,仪器内部的变频率性电源就立即被启动,经过内部电流系统放电后,便能够得出介损值。 图2.2 ZHJ3100型绝缘油介损及电阻率自动测定仪Chart 1 ZHJ3100 Insulation Oil D

31、ielectric Loss and Volume Resistivity Automatic Tester实验过程中需要调试的实验条件如下:表2-5 主要设置参数设置参数名称参数值电 压 V频 率50Hz温 度90放 电60s充 电60s空杯电容60.00pF油 杯 内测量次数1次对 象介质损耗因数测试前预处理:介损仪器的电极杯对实验的准确性油很高的要求,首先用石油醚、酒精和蒸馏水分别清洗内外电极,烘干备用;测量时都要就行润洗才能就行下一步测定,每隔一段时间必须对电极杯的空杯介损进行检查,在 V/50HZ的条件下,其测量值不要高于1.0010-4,否则应重新清洗。介损测量:取适量油样对内外电

32、极进行先润洗,再取40mL左右的油样,缓缓倒入内电极中,注意不能有气泡产生,放入外电极,并旋紧橡胶圈后,将整个电极杯放到恒温浴里,并连接好测试线,关好仪器的外门。按照仪器界面的提示,把光标移动到”测试”,按下”确定”键,仪器便开始自动升温并对介损进行测量。当仪器发出蜂鸣声时,说明测量完毕。实验数据如表2-6。 表2-6 介损及电阻率的测定数据含硫量mg/kgCx/PFCa/PF介损/(.m)0135.4660.00 0.050 2.2574.65*10e1150134.8760.00 0.060 2.2475.16*10e11100134.8460.00 0.0512.2476.09*10e1

33、1150134.4160.00 0.0412.2485.85*10e11200134.9160.00 0.040 2.2486.61*10e11250134.9260.00 0.0412.2486.36*10e11400134.9260.00 0.0422.2487.67*10e11500134.8860.00 0.0482.2479.95*10e11600134.8460.00 0.0492.2491.15*10e12 图2.3 不同含硫量对介损的影响 图2.4 不同含硫量对电阻率的影响测定油样的介损是根据GB5654-85用实验室ZHJ3100型绝缘油介损及电阻率自动测定仪进行测量。根据数

34、据和图得到以下结论,随着含硫量的增加电阻率是增加的。而且浓度越大电阻率也越大。不同的含硫量对介损的影响是在200mg/kg的时候达到最小值,然后又随着浓度的增加开始上升,影响介损的因数有很多,如温度、样品中的杂质都会影响样品的介损。损耗主要取决于绝缘油的电导即取决于绝缘油内自由载流体的存在。 2.2.4 界面张力 当前测定界面张力的方法有3种,圆环法、最大压力法和滴重法。根据实验室的仪器,选择圆环法,油的界面张力关系到油的品质,圆环法被广泛应用于电力系统测定油样中,可靠性比较高,测试的温度为25,我根据GB6541-86进行对油样的界面张力测定,GB6541-86原理是铂丝环从测量液体拉出,在

35、表面的膜出现破裂时,铂丝环发生了受力的变化,于是连接铂丝环的平衡杠杆发生了移动,便能在传感器中产生信号并输出。输出的信号经过放大,经过微计算处理后,最后将界面张力值显示在仪器的界面上,图2.5 ZHZ501张力全自动测定仪Chart 5 ZHZ501 Interfacial Tension Automatic Tester测定前的预处理:在测定界面张力时,仪器上的圆环对测量结果起很大的作用,因此在测定之前必须保证圆环的清洁,为了使其不影响测定结果,圆环要先用石油醚清洗,再用丙酮洗。如果测定结果还是相差很大,圆环就要用酒精灯灼烧直到其发光发亮。测定样品的界面张力时,应注意温度才能进行测量,在25

36、的温度,仪表显示是稳定的,根据第一次试验的界面张力,用蒸馏水进行到接口。第一个样品杯蒸馏水将蒸馏水倒入到仪器中的孔;仪器用于测量界面张力的蒸馏水中,然后的界面张力的实验数据提示特殊的规模,将样品杯的中间线蒸馏水,如果该值在71-72,表明铂丝圈和测量容器的洁净度达到标准,能够是一种油的界面张力测量。否则,还是根据上述要求重新清洗,用蒸馏水洗涤,直到界面张力值达到71-72。油样的界面张力测量,往装有测定达到要求的蒸馏水的样品杯中加入样品油样,在倒入的时候一定要注意不要产生气泡,然后按下样品测试按钮,测定结果。含硫量mg/kg蒸馏水表面张力样品表面张力N/m070.242.25070.342.4

37、10070.243.415070.143.120070.144.125070.344.540070.345.250070.245.560070.145.5表2-7 表面张力测定数据 图2.6 不同含硫量对界面张力的影响 变压器油的界面张力是根据GB6541-86进行测定的,从数据和图不难看出随着含硫量的增加,样品的界面张力是增加的,而且浓度越大界面张力越趋于平缓。 2.2.5 微水微水含量会对变压器油的性能有很大的影响,因此对变压器油进行微量水分测定是有必要的。经过查看有关文献,用库仑法检测变压器油中的水分含量很方便快捷。所用到的仪器是ZHS1003微量水分测定仪,其原理是变压器油中的水分与卡

38、尔费休试剂发生反应,二氧化硫将其中的碘还原;在甲醇和吡啶的共同作用下,产生甲基硫酸氢吡啶和氢碘酸吡啶;微量水分测量仪经过电解,能在阳极上生成碘,当油中的水分被完全反应时,仪器自动依据法拉第电解定律,可计算出变压器油中的水分含量。变压器油与卡尔费休试剂反应的方程式如下:图2.7 ZHS1003型微量水分测定仪Chart7 ZHS1003 Trace Moisture Meter 样品微水测定数据如下: 表2-8 微水分的测定数据样品(mg/kg)水含量(ug/1000ul)03441485056524810058545015056555420060646825068697040040465250

39、0363942600383940 图2.8 不同含硫量对微水的影响 由数据得知,当含硫量到达250mg/kg的时候,水分含量达到了最大值。从含硫量为0到250mg/kg水分都是增加的,可是之后浓度到达600mg/kg水分开始减少,而且趋于平缓。微水测定时,注意事项如下:(1)待仪器界面上的数值稳定后可进行纯水的滴定;(2)测定前必须用0.5l进样器进行3次试验,再取0.1l纯水注入仪器开始测定,直到仪器上显示10010gH2O时,才能进行油样的水分测定,否则还应让仪器搅拌,直到测出为10010gH2O。(3)测定油样的微水时,必须用专用的样品进样器润洗2到3次,再取一定量的油样进行测定。2.3

40、 样品铜片腐蚀试验 2.3.1 铜片腐蚀的机理 在运行的变压器中, 变压器油中的腐蚀性硫在电场和温度下与铜发生反应, 生成硫化亚铜沉积在铜的表面,因为变压器降低了介电特性,绝缘性击穿的结果,最后绕组烧毁。在电场作用下,硫化亚铜介电常数比液体被吸引到较大的面积大的电场强度,列队沿电源线,构成电桥的杂质在电极之间的局部区域。杂质聚集在电极附近的电场分布是扭曲的,减少的液体介电击穿场强。如果更腐蚀性硫的含油量,足以形成硫化亚铜,也能够构成桥的贯通电极的间隙。杂质的导电桥变大,因此发生大的漏电流流过的热,液体电介质中所含水分和部分汽化,沿桥的气体击穿的桥的结果。在生产绝缘纸桥击穿强度减小,介电损耗的增

41、加,从而在绕组承受的击穿电场应力和燃烧产生的14。 2.3.2 ASTMD1275-B腐蚀性硫检测方法 实验前要准备纯度为99.9%的铜片,分别用2#、4#、6#砂纸将6mm25mm铜片表面磨得平滑发亮,立即用擦镜纸把铜片表面擦干净,把铜片弯成60度,放入装有丙酮溶液的烧杯中浸泡;用氮气通入油样中5min,目的是确保在铜片不与氧气接触,防止铜片表面发生氧化;把样品放入150的烘箱48小时,再用丙酮清洗铜片,检测铜片的腐蚀情况9。 2.3.3 铜片腐蚀情况 图2.9 不同含硫量下的铜片图片中依次是含硫量为0mg/kg、50mg/kg、100mg/kg、150mg/kg、200mg/kg、250m

42、g/kg、400mg/kg、500mg/kg浓度下的铜片的腐蚀照片,不难看出铜片是随着浓度的增大腐蚀变得越严重。当浓度在400mg/kg、500mg/kg时铜片都达到了严重腐蚀,出现了黑斑。2.4 油样加入钝化剂实验 2.4.1 钝化剂的钝化机理 钝化剂具有较强的活性和被鳌合能力,一般钝化剂是由一种鳌合剂加入适当比例的其它有效成分合成的。钝化剂的主要特点:高效、无毒、无腐蚀,不会造成二次污染,钝化后的金属表面能形成保护,有效地防止金属表面被进一步腐蚀。 钝化剂的工作机理是形成稳定的螯合物,导致铜离子的运动受到了限制,使金属离子失去活性,有效的抑制了变压器油的氧化。钝化剂在变压器油中的钝化机理有

43、2种,一种是成模型理论,另一种是形成螯合物。成膜理论就是变压器油中加入钝化剂后,在铜片上形成一层膜,从而阻止铜片在变压器中被进一步氧化。螯合物就是钝化剂与变压器油中的金属离子反应,形成具有稳定性的螯合物,最终阻止了金属离子对变压器油的催化氧化作用。 2.4.2 钝化剂的相关性质 苯并三氮唑(BTA)在国内生产的,有三种形状的,有颗粒状、片状、针状。白色浅褐色针状结晶,可加工成片状、颗粒状、粉状。在空气中氧化而逐渐变红。本品味苦、无臭。在真空中蒸馏时能发生爆炸。溶于乙醇、苯、甲苯、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺,微溶于水。分子式C6H5N3,分子量119.13。 BTA与铜原子形成共价键和配位键,相互多替成链状聚合物,在铜加表面组成多层保护膜,使铜的表面不起氧化还原反应,不发生氢气,起防蚀作用。对铅、铸铁、镍、锌等金属材料也有同样效果。BTA可与多种缓蚀剂配合,提高缓蚀效果。