变压器油中气体产生机理

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1、变压器油中气体的产生机理油和纸是充油电气设备的主要绝缘材料，油中气体的产生机理与材料的性能和各种因素有关。一、变压器油劣化及产气变压器油是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由各种碳氢化合物所组成的混合物，其中，碳、氢两元素占其全部重量95%~99%，其他为硫、氮、氧及极少量金属元素等。石油基碳氢化合物有环烷烃（CnH2n）、烷烃（CnH2n+2）、芳香烃（CnH2n-m）以及其他一些成分。一般新变压器油的分子量在270~310之间，每个分子的碳原子数在19~23之间，其化学组成包含50%以上的烷烃、10%~40%的环烷烃和5%~15%的芳香烃

2、。表2－4列出了部分国产变压器油的成分分析结果。表2－4部分国产变压器油的成分分析依据油类及厂家芳烃/（CA%）烷烃/（CP%）环烷烃/（CN%）新疆独炼，#453.3049.7047.00新疆独炼，#254.5645.8350.06兰炼，#454.4645.8349.71兰炼，#256.1057.8036.10东北七厂，#258.2860.4631.26天津大港，#2511.8024.5063.70环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性，黏度随温度的变化小。芳香烃化学稳定性和介电稳定性也较好，在电场作用下不析出气体，而且能吸收气体。变压器油中芳香烃含量高

3、，则油的吸气性强，反之则吸气性差。但芳香烃在电弧作用下生成碳粒较多，又会降低油的电气性能；芳香烃易燃，且随其含量增加，油的比重和黏度增大，凝固点升高。环烷烃中的石蜡烃具有较好的化学稳定性和易使油凝固，在电场作用下易发生电离而析出气体，并形成树枝状的X腊，影响油的导热性。变压器油在运行中因受温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用，发生氧化、裂解与碳化等反应，生成某些氧化产物及其缩合物（油泥），产生氢及低分子烃类气体和固体X腊等。绝缘油劣化反应过程为RH+e→R*+H*(2-2)式中，e为作用于油分子RH的能量；R*和H*分别为R和H的游离基。游离基是

4、极其活泼的基团，与油中的氧作用生成更活泼的过氧化游离基，即R*+O2→ROO*(过氧化基)(2-3)H*+H*→H2(2-4)ROO*+RH→ROOH+R*(2-5)过氧化氢也是极不稳定的，可分解成ROO*和OH*两个游离基，使氧化反应继续下去。变压器油一旦开始劣化，即使外界不供给能量也能把以游离基为活化中心的链式反应自动持续下去，而且反应速度越来越快。这时，只有加入抗氧化剂，依靠抗氧化剂的分子和氧化剂中的自由基相互作用，使氧化反应链中断才能抑制变压器油的老化。实验证明：绝缘油未加抗氧化剂时产气速率若为100%，则有抗氧化剂时的产气速率仅为26.9%。在变

5、压器油中加抗氧化剂对延缓变压器油老化有明显效果；此外，如加1，2，3苯并三唑（BTA）还可抑制油流带电现象。通常，为了抑制变压器油老化，在油未开始氧化时氨基比林，在氧化初期加的氨基比林或烷基酚等，在油激烈氧化阶段加邻位氨基苯酚。上述ROO*、R*仍会继续反应，过氧化物再经一系列反应，最终生成醇（ROH）、醛（RCHO）、酮（RCOR）、有机酸（RCOOH）等中间氧化物，并生成H2O、CO2及氢和碳链较短的低分子烃类。此外，在无氧气参加反应时，RH也会生成低分子烃类，以C3H8为例，即：C3H8→C2H4+CH4　　　　　　　　　(2-6)2（C3H3）→2

6、C2H8+C2H4　　　　　　　　　　(2-7)当变压器油受高电场能量的作用时，即使温度较低，也会分解产气。在场强为130kV/cm作用下，变压器油在25~30℃时的产气成分如表2－5所示。表2－5在场强为130kV/cm作用下变压器油的产气组分（体积%）试样编号CH4C2H6C2H4C2H213.31.71.93.022.21.42.32.433.721.011.61`1.42变压器油中溶解的气体在电场作用下将发生电离，释放出的高能电子与油分子发生碰撞，使C─H或C─C键断裂，把其中的H原子或CH3原子团游离出来而形成游离基，促使产生二次气泡。当电场能量

7、足够时即可发生上述反应。上述反应的产气速率取决于化学键强度，键强度越高，产气速率越低；同时产气速率还与电场强弱、液相表面气体的压力有关，可用经验关系式描述，即（2-8）式中，为产气速率；k为常数，取0.06；u为工作电压，KV；Us为析气时的起始电压，一般为3±0.5KV，p为油面气体压力；n为常数，取1.82；γ为常数，取0.16。总之，在热、电、氧的作用下，变压器油的劣化过程以游离基链式反应进行，反应速率随着温度的上升而增加。氧和水分的存在及其含量高低对反应影响很大，铜和铁等金属也起触媒作用使反应加速，老化后所生成的酸和H2O及油泥等危及油的绝缘特性。

8、经过精炼的变压器油中不含低分子烃类气体，但变压器油在运行中受到高温