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1、电力系统中所采用的绝缘油、汽轮机油等主要是由天然石油炼制而成。石油是一种粘稠油状的可燃性液体矿物。颜色多为黑色、褐色或暗绿色、偶有黄色等。石油是由碳和氢组成的各种烃类及其氧化物、氮化合物、树脂、沥青等组成的极为复杂的一种混合物。石油是由许多种元素组成的，碳氢含量最高，还有少量的硫、氧、氮，微量的金属元素（铁、镍、铜、铅、钒、镁、钾、钙、锰）以及微量的非金属元素（磷、硅、氯）等。国内外几种石油的主要元素组成见表1,电力用油分析基础,一、石油的组成及炼制,石油中的烃类主要有烷烃、环烷烃和芳香烃等。烷烃分子中含有1-4个碳原子的烷烃为气态；含5-15个碳原子的烷烃为液态，是石油的主要成分；含16个碳
2、原子以上的烷烃为固态，悬浮在石油中.烷烃有较好的化学安定性，高闪点和其它优越的性质。CnH2n+2,表1 石油中主要元素成分,环烷烃也是石油的主要成分，它的结构比较复杂，有单环、双环和多环，并带有烷基侧链，它具有较高抗爆性，低凝点及较好的润滑性，会使制得的油品有良好的热安定性和化学安定性，是电力用油的主要理想成分之一。石油中含有75%-83%的环烷烃称为环烷基石油,是炼制绝缘油的最好原油。如环已烷C6H12芳香烃最简单的芳香烃是苯(C6H6)，所有的润滑油成分中都含有芳香.烃芳香烃比环烷烃化学性质活泼，其活性完全由侧链的数量和大小决定。石油的炼制一般步骤：原油预处理蒸馏精制脱蜡调制,原油预处理
3、去掉油中水分、杂质、盐类；常压蒸馏和减压蒸馏获得不同性质不同用途的馏分；精制去掉油中的有害成分，如不饱和的化合物，环烷酸、硫化合物、氮化合物、树脂、沥青及一此高分子的烃类。得到半成品或称基础油；,脱蜡为改善电气用油（如变压器油、开关油）的低温流动性，在炼制过程中，要进行脱蜡即除掉油中的长链烷烃.常用的方法有冷冻法、溶剂法(糠醛除芳香烃)、尿素法(除高碳烷烃)和分子筛法(吸附杂质等)。,调制加适当添加剂以便达到各用户应用的要求。如加抗氧化剂(T501)、防锈剂(T746)、粘度调节剂(聚异丁烯等)、降凝剂(长链烷基萘及其缩合物)、抗泡沫添加剂(甲基硅油)等。T501:2、6二叔丁基对甲酚;T74
4、6:十二烯基丁二酸.,二.电力用油（气）概述,1汽轮机油又称透平油，在汽轮机运行中起润滑、冷却、调速作用，同时还有防锈、防尘、密封等作用。2变压器油又称矿物绝缘油，是电力系统变压器、互感 器套管等使用的良好液体绝缘介质。常用变压器油为10号、25号、45号,3六氟化硫(SF6)是一种气体绝缘介质,它具有不燃的恃性，并具有良好的绝缘性能和灭弧性能，最先被用于断路器中，后扩大到变压器、电缆等各种电气设备中。六氟化硫是一种无色、无味、无毒的气体，化学性能稳定，在常温下不与其它物质产生化学反应。它的密度比空气重5.1倍。但它的临界温度较高（45）即只有在45及以上才能保持气态。,物质的临界点(TC,P
5、C):相的界面消失,气相与液相的所有性质都相同,Vm(气)=Vm(液),TC是能使气体液化的最高温度;PC是在临界温度下使气体液化的最低压力.,对电力用油有如下要求：要有良好的抗氧化安定性和抗热安定性;抗乳化性能、抗泡沫性能；有良好的润滑性能、适当的粘度、还应有良好的电气性能（击穿电压、介损角，体积电阻,析气性等）和抗燃性能。,三、电力用油理化性质物理性质：外观颜色和透明度；密度和比重；粘度；闪点、燃点、自燃点、凝点、倾点；机械杂质（颗粒度）；界面张力；灰分；比色散；苯胺点。,颜色和透明度油品的颜色决定了油中树脂物质及其它染色物质的含量。如原馏分油中沥青、树脂越少，轻馏分越高，油的颜色越浅。也
6、越透明。,密度和比重密度是单位体积的油具有的质量，g/L；比重是油的密度与水在4时的密度的比值。无单位。,粘度粘度由动力粘度、运动粘度、条件粘度（恩氏粘、赛氏粘度、雷氏粘度）等。动力粘度的定义：面积各为1cm2并相距1cm的两层液体作相对运动时，所产生的内摩擦力称为动力粘度(厘泊)。运动粘度=/。条件粘度:一定体积的油在不同温度时流完所需时间的比值.温度升高，粘度降低。如200nl在50和100 时流出的时间比.,闪点在一定的条件下，将油品加热到它的蒸汽和空气混合到一定比例时，如接近规定的火焰即发生闪火，并伴随有短促的爆破声，此时的最低温度称为闪点。轻质油和绝缘油采用闭口杯法测定,重油,润滑油
7、一般采用开口杯法测定.这两种方法相差约20-30.开口杯法因一部分低沸点组分挥发掉了,测出的闪点高一些.,燃点在一定的条件下，将油品加热，使其蒸汽接触火焰时，燃烧不少于5s时的温度，称为油品的燃点。若加热到更高的程度，其蒸汽和空气的混合物无需点火而自行燃烧的温度称为油品的自燃点。,倾点被试的油品在一定的条件下，被冷却的油品能流动的最低温度(与纯物质熔点的区别)。,凝点油品在一定的条件下，失去其流动性的最高温度。含蜡多，凝点就高。通常绝缘油的牌号是以凝点划分的.如变压器油：10号、25号、45号是指该油的凝点分别为-子 10、-25、-45的油。(凝点与纯物质凝固点的区别?),界面张力是指油与水
8、的界面上产生的收缩力。界面张力小，在界面上易产生气泡，所以界面张力不能太小。对超高压绝缘油，界面张力的指标为不小于40mN/m.油在使用过程中发生老化变质,油的界面张力降低,因为油在老化过程中产生了有机酸R-COOH有机醇R-OH等.这些物质的表面张力比较小,是一种表面活性剂.因此可以根据界面张力的降低程度来判断油质变质的程度.,苯胺点试油与等体积的苯胺混合，加热至两者能互溶成为单一液相时的最低温度称为油品的苯胺点。分子量大的苯胺点高,根据苯胺点可以大致判断油中含何种烃类较多,一般情况芳香烃含量愈低,苯胺点愈高.芳香烃环烷烃烷烃,灰分在一定的条件下，油灼烧后所剩下的不燃物，称为灰分。灰分为油品
9、中所含的矿物质，主要是环烷酸的钙盐、镁盐、钠盐等.比色散是用折射率仪测出折射率，并通过查表，计算出折射色散，将其与同温下油的密度相比而得。比色散值=(折射色散/油的密度)104.,氧化安定性油与空气中的氧的反应为油的氧化或老化或劣化.油品抵抗氧化作用的能力称为油的氧化安定性.油的氧化过程很复杂,它与温度条件、氧化时间、油的化 学组成、金属及其他物质的催化作用等因素有关.,油品的化学性能与其炼制工艺、精制深度、以及基础油的化学组成有关。油品的化学性能可随环境的影响而变化或自身氧化而变质 当油中存在水、酸或碱等物质时，对油质带来很大的影响。1水溶性酸或碱如果油中检测出有水溶性酸碱，表明油品在酸碱精
10、制处理后，酸没有完全中和或碱洗后用水冲洗得不干净，这样会促使油品的老化。引起一系列的变化。在运行中出现低分子有机酸,说明油质已开始老化,它对油起氧化催化作用,这种酸对金属有强烈的腐蚀作用反应如下:,四、油的化学性质,2酸值 酸值是评价新油品和判断油质氧化程度的重要指标之一。中和1g试油所需要氢氧化钾的毫克数，称为酸值。酸值表示油品中含有有机酸(即含有COOH的化合物)的多少 油品中有机酸主要是环烷酸，此外还有油品氧化而产生的酸性物质。某些油品中还含有酚、脂肪酸和一些硫化物，沥青质等酸性化合物。酸值高，对金属的腐蚀性强。,3水分：油品中的水分一般是由外部进入和内部氧化产生的。水在油品中存在的形态
11、有：游离水、溶解水、乳化水等。油中有水，会影响其润滑、绝缘性能，加速对金属的腐蚀。,4活性硫：活性硫包括元素硫、硫化氢、低级硫醇（如CH2SH）、二氧化硫、三氧化硫、磺酸和酸性硫酸酯等。将磨好的铜片放入试油中,在一定的温度下经一定时间后取出洗净与标准色板对比,确定腐蚀等级.5苛性钠试验：是指苛性钠抽出物酸化试验的简称（又称钠试验），是检查新油和再生油内，由于碱处理后，洗涤不干净而残存的环烷酸及其皂类的一种定性试验。油品中如含有上述杂质，当油品与同体积的苛性钠溶液，在一温度下混合时，油中的环烷酸与碱起化学反应生成盐，溶于碱液中，其反应如下：,当滴入浓盐酸酸化时，又变成难溶于水的环烷酸等物质。含量
12、少就不会混浊.含量大使溶液呈混浊现象。油就不合格.说明碱洗不彻底.,油的电气性能：油的电气性能主要指油的击穿电压和介质损耗因数。对于60万机组来说对绝缘油提出了更高的要求，还要测定油的体积电阻率、析气性能参数以保证充油电气设备的安全运行。击穿电压如果将施加于油的电压逐渐升当电压达到一定数值时，油的电阻几乎突然下降为零，即电流瞬间突然增大，并伴随有火花或电弧的形式通过油，此时通常称为油被击穿。油被击穿时的临界电压，称为击穿电压，此时的电场强度称为油的绝缘强度。,击穿电压U（kV）与油的绝缘强度E（kV/cm）按下式计算：E=U/d;式中d为电极间距离（cm）。介质损耗因数(或称介损角)通过油的电
13、流和施加在油两端的电压存在的相位之差比90o要小，称为介损角。介质损耗因素通常用介损角的正切来表示；tg。此值是评价油品绝缘程度的重要物理量,此值大,绝缘性能差.油的析气性 是指油品在高电场作用下，烃分子发生物理化学变化时，吸收气体或放出气体的特性。对于芳香烃在高压电场作用下是吸收气体的，而烷烃和环烷烃是放出气体的。体积电阻率-单位体积试油具有的电阻率,即电导率的倒数.,体积电阻率-单位体积试油具有的电阻率,即电导率的倒数,体积电阻率越大,绝缘性能就越好,五、电力用油的分析取样，各用油设备中油的取样应按规程执行。取样容器：一般用500-1000mL的磨口塞玻璃瓶。取样部位:运行中的汽轮机油、抗
14、燃油正常监督是从冷油器取样，检查水分杂质从油箱底部取样；也可从流动的油管中接取。运行中的变压器取油样一般是在下部取样阀取样。在异常情况下也可在上部气体继电器的放气嘴取样；油罐中取样应从污染最严重的油罐底部取样。从整批油中的取样，与桶数量有关。其关系见表2。,表2 一批油样中取样的桶数,油的分析1试油密度的测定GB1884用密度计法测定.把密度计垂直放入油中并让其稳定，待其温度达到衡定后，读取密度计的数字，并记下试油的温度，密度用t表示.由于密度与温度有关.因此实验温度下测得的密度要换算到20.换算公式为：20=t+2020时的密度，g/cm3;tt时的密度，g/cm3;t时的密度的修正值，g/
15、cm3。,2运动粘度的测定GB265 在恒定的温度下，测定一定体积的液体在重力下流过一个标定好的玻璃毛细管粘度计的时间（s），此时间与粘度计的常数之乘积，即为该温度下被测液体的运动粘度。用t表示，mm2/s 运动粘度t按下式计算：t=ct 式中,c为粘度计常数，mm2/s2；t为试样的平均流动时间，s；。,3闪点t和燃点tc的测定GB267试油在连续搅拌下用很缓慢的恒定速率加热。在规定的温度间隔内同时中断搅拌的情况下，将一小火焰引入试油上方，火焰引起试样上的蒸汽闪火时的最低温度作为闪点。同时记录大气压力。闪点测出后，继续以对试油缓慢加热，用点火器对火焰点火，若试油蒸汽立即着火并能继续燃烧不少于
16、5s，此时立即读出温度作为燃点。结果计算大气压力低于99.3kPa(745mmHg)时，闪点应按下式修正:t0=t+t,式中：t0相当于101.3kPa时的闪点，；t试验时的大气压力下测得的闪点，；t是校正值，。当大气压力在540-760mmHg范围内，校正值t可按下式计算：t=（0.00015t+0.028）(101.3-p1)7.5 t=（0.00015t+0.028）(760-p)式中，p1,p分别表示试验条件下的大气压力，kPa，mmHg；t试验条件下的温度，；0.00015和0.028为经验常数。7.5压力由mmHg换算成kPa的换算系数燃点的校正同上。,4凝点和倾点GB510凝点的
17、测定:试油在规定的试管中,冷却到预期的温度时,将试管倾斜45o 经过1min,观察液面是否流动,液面不流动的最高温度即为凝点.,倾点的测定:试油经预热后,在规定的速度下,冷却,每隔3 min,检查一次试 油的流动性,观察试油能流动的最低温度,即为倾点.,凝点和倾点相当于纯物质的凝固点和熔点.对于纯物质来说在一定外压下,是同一温度.而油是混合物,在一定外压下,在冷却过程中,不可能在同一温度下凝固.而是在一定温度范围内凝固或熔化.一般相差 1-5,凝点和倾点都是表示,油品低温流动性的指标,只是测定方法稍有不同.当然结果也不同,约有 1 5的差别.(能流动,已有固相了,不能流动也还有液相).,变压器
18、油的牌号是根据凝点的高低来划分的,如10号、25号、45号变压器油就是指凝点为-10、-25、-45.,5油中水分的测定GB7600 当油中有水时，碘被二氧化硫还原，在砒啶和甲醇存在下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸氢吡啶，反应式为：,根据法拉弟电解定律，通电1F的电量，1mol(I)被还原。就有1mol(H+)被氧化,或有1mol(1/2H2O)参与了反应。根据等物质量规则有n(1/2H2O)=n(1/2I2)=n(I)油中水的含量（%）的计算公式：式中，W为试样中水的含量，%；Q为试验中所需的电量，C；F为法拉弟常数，96500C/mol,氢碘酸吡啶在电解过程中可形成碘.产生的碘又与试油中的水反
19、应生成氢碘酸，直至全部水反应完毕为止。电极反应如下：,6.苯胺点的测定GB262 将规定体积的苯胺和试样置于试管中，并用机械搅拌使其混合，然后加热直至两相互相溶解成为单一相溶液所需的最低温度，称为苯胺点，以表示.油品中各种烃类的苯胺点是不同的，其高低顺序是：芳香烃环烷烃烷烃，因此在测得油品苯胺点的高低后，可判断油品中含那种烃类较多。,7.油品的体积电阻率(电导率的倒数)GB5654 在两电极间单位体积的油品内电阻的大小,通常以V表示.,式中,V.为体积电阻率,.cm;d为电极常数,cm;R为测出的油品的电阻,.,通常是恒定的电压下测定两电极间单位体积的油品中的欧姆电阻R,再依下式计算电阻率V.
20、,8.油对水的界面张力的测定GB6541 将一个铂丝平面圆环,从水一油界面向上拉脱,测定其所需的力,在计算界面张觅时,所测得的力要用一个经验测量系数进行修正,此系数取决于所用的力,油和水的密度及圆环的直径.油的界面张力可了解油的净化程度及老化深度.,界面张力按下式计算:=MF,式中,M-膜破裂时该度盘读数,M-mN/m;F-系数,按下式计算.,式中,0、1-分别为水和试油在25时的密度,g/cm3;r 0-铂丝的平均半径,cm;r1-铂丝的半径,cm.,7.油品析气性的测定 在试验条件下,油品用高纯氢饱和,当受到强度足以引起在油气交界中放电的电场作用下油本身表现出吸收或放出气体的能力.油品的析气性G(L/min)按下式计算;G=(B60-B10)103/50,式中,B10-通电10min时记录的量气管液面毫升数,mL;B60-通电60min时记录的量气管液面毫升数,mL 50-计算析气倾向所用的试验时间,min,若G为正值,表示油品放气,G为负值,表示吸气.,复习思考题1.电力用油有何要求?简述六氟化硫的性质.2.油中的烃类主要指哪三类?3.汽轮机油、变压器油、六氟化硫在运行中各起什么作用?4.简要解释下列基本概念 闪点和燃点;凝点和倾点;苯胺点;表面张力;介损角.体积电阻.,
