不同温湿度下处理后的变压器油中水分和气体含量的变化趋势

于会民，王会娟，张绮，马书杰

（1.中国石油兰州润滑油研究开发中心，新疆 克拉玛依834003；2.中国石油润滑油重点实验室，新疆 克拉玛依834003）

0 引言

变压器油是一种运行周期长、对变压器等电气设备安全至关重要的液体绝缘材料，对其电气绝缘性能有很高的要求，然而在变压器油的贮存和运输过程中，气候条件（如温度和湿度等）直接或间接地影响了变压器油中的溶解水和气体含量增高，导致其绝缘特性变差，影响其使用。此外，变压器油在工厂向电气设备注油或是在变压器油现场配送前都需要进行真空脱水脱气处理，以达到装机的要求。然而处理后的变压器油在贮存运输或装机运行过程中，以及现场维修更换部件，都会导致容器密封的泄露，潮湿的空气扩散油中，从而导致油中水分和气体含量增加，绝缘性能下降。为了提供上述条件下油中的水分和气体含量的增加规律，开展经真空脱水脱气处理后的变压器油在不同温度和湿度条件下水分和气体含量增加趋势的研究，以便于今后为变压器油贮存、运输和技术服务提供有力的技术支持。

变压器油作为一种重要的绝缘介质，一般希望含有较低的溶解水分和气体含量以确保具有良好的绝缘性能，但无论是刚生产的新油，还是经过真空脱气脱水净化处理的油，都含有一定量的水分和气体。变压器油中的水分主要以溶解水、悬浮水和沉积水三种状态存在于变压器油中［2］。随着油温的变化，水存在于油中的三种形态可以互相转化［3］。

变压器油中的气体主要是空气（氧气、氮气、二氧化碳和少量一氧化碳）和极少量的低分子烃类气体（甲烷、乙烷、乙烯等）以及氢气。本文以油中总气体含量来表征油中的含气量。

1 试验材料及设备

1.1 试验材料

主要试验材料选择电力行业应用量最大的昆仑变压器油，其性质分析结果见表1。

表1 变压器油性质

表1 （续）

1.2 主要试验设备

研究过程中，主要试验设备及样品检测仪器见表2。

表2 主要试验设备及仪器

1.3 试验方案

我国气候类型复杂多样，年平均湿度从0%到98%，平均温度从－40℃到40℃之间波动［4］，变压器油的运行温度40～80℃。按照我国气候变化范围和油品实际贮存、运输条件以及变压器油的运行温度范围，确定该试验方案，见表3。

表3 试验方案

1.4 变压器油处理

在容量为5L抽滤瓶中，将5L变压器油采用1.2μm纤维膜进行真空过滤除去杂质，保证处理后样品大于5μm的颗粒度小于1000个/100mL，然后在真空度小于100Pa以下、温度40～60℃之间进行真空脱气脱水处理，以保证处理后样品达到特高压直流换流变对装机变压器油的要求，即含气量小于1%、水分含量小于10mg/kg的要求。处理后的变压器油性质见表4。

表4 处理后的变压器油性质

处理合格后，将充有5L变压器油抽滤瓶直接放置于预设条件的恒温恒湿箱中，进行试验。

2 结果与讨论

2.1 不同温度、湿度下变压器油中气体含量变化规律

分别在湿度50%和80%下，考察温度10～80℃之间处理后的变压器油中水分和气体含量随着贮存时间的变化趋势。含气量达到饱和（10%）时，不同温度下所需要的贮存时间，见图1。

图1 不同温度油中含气量达到10%的贮存时间

图1结果表明，在同一湿度下，变压器油中气体含量达到饱和时（10%）所用的时间，与温度有较大的相关性，温度越高，所需要的时间越短。在相同温度下，变压器油中气体含量达到饱和时（10%）所用的时间，与湿度有较大的相关性，湿度越高，所需要的时间越短。

2.2 不同温度、湿度下变压器油中饱和含水量变化规律

分别在湿度50%和80%下，考察温度10～80℃之间处理后的变压器油达到饱和含水量的时间。上层和下层油中水分含量相近且不再增加时，油中水分含量达到饱和。不同湿度下油中饱和含水量见图2。

图2 不同湿度和温度下油中饱和含水量

图2结果表明，在同一湿度下，变压器油中饱和含水量的高低与温度有较大的相关性，温度越高，饱和含水量越高；在相同温度下，变压器油中饱和含水量的高低与湿度也有一定相关性，湿度越高，饱和含水量越高。高的温度和高的湿度是导致油中含水量高的主要因素。

2.3 不同温度、湿度下变压器油中水分和气体含量变化规律

2.3.1 在湿度50%时，不同温度下变压器油中水分、气体含量随着贮存时间的变化趋势

在湿度50%下，分别在10℃和80℃温度下，考察变压器油中水分、气体含量随着贮存时间的变化趋势，其结果见图3和图4。

图3 变压器油中水分和气体含量变化（温度10℃，湿度50%）

图4 变压器油中水分和气体含量变化（温度80℃，湿度50%）

图3和图4结果表明，在温度10℃、80℃和50%湿度下，变压器油中水分含量和气体含量随着贮存时间增加而增加，在较低温度10℃下，油中水分含量基本不再增，且先达到饱和，而气体含量依然持续增加，直到达到饱和量（10%）。在较高温度80℃下，油中气体含量先达到饱和量（10%），而油中水分含量依然持续增加，直到上下层水分含量不再持续增加为止。

2.3.2 在湿度80%时，不同温度下变压器油中水分、气体含量随着贮存时间的变化趋势

在湿度80%下，分别在10℃和80℃温度下，考察变压器油中水分、气体含量随着贮存时间的变化趋势，见图5和图6。

图5 变压器油中水分和气体含量变化（温度10℃，湿度80%）

图6 变压器油中水分和气体含量变化（温度80℃，湿度80%）

图5和图6结果表明，在温度10℃、80℃和80%湿度下，变压器油中水分含量和气体含量随着贮存时间增加而增加，在较低温度10℃下，油中水分含量基本不再增加，且先达到饱和，而气体含量依然持续增加，逐渐达到饱和量（10%）。在较高温度80℃下，油中气体含量先达到饱和量（10%），而油中水分含量依然持续增加，直到上下层水分含量不再持续增加为止。

3 结论

（1）在同一湿度下，油中气体含量达到饱和时（10%）所用的时间，与温度有大的相关性，温度越高，所需要的时间越短。在相同温度下，油中气体含量达到饱和时（10%）所用的时间，与湿度有大的相关性，湿度越高，所需要的时间越短。

（2）在同一湿度下，油中饱和含水量的高低与温度有较大的相关性，温度越高，饱和含水量越高；在相同温度下，油中饱和含水量的高低与温度也有一定相关性，湿度越高，饱和含水量越高。高温度和高湿度是导致油中含水量高的主要因素。

（3）在温度10℃和80℃下，油中水分含量和气体含量随着贮存时间增加而增加，在较低温度10℃下，油中水分含量先达到饱和，而气体含量依然持续增加，直到达到10%的饱和量。在较高温度80℃下，油中气体含量先达到饱和量，而油中水分含量依然持续增加，直到上下层水分含量不再持续增加，才趋于饱和。

［1］祝景中.浅析变压器油中的水分［J］.中国电力，1996，29（3）：61－ 62.

［2］路龙惠，朱昌平.变压器油中微水检测方法及其比较分析［J］.河北大学学报，2006，26（6）：668－672.

［3］孙才新.变压器油中微水含量的实时测量［J］.高电压技术，1998，24（1）：64－66.

［4］林学椿，于淑秋.近40年我国气候趋势［J］.气象，1990，16（10）：16－21.