0 引言

变压器油作为电气设备的主要绝缘介质，起到绝缘、冷却以及灭弧的作用，通过监测变压器油的性能参数，可以考察设备的运行状态，为设备检修提供有力依据^[1-2]。变压器油化学结构复杂，矿物变压器油中有机成分主要为烷烃、环烷烃、芳香烃、非烃类及人为添加剂^[3-4]。

变压器油油相与水相互不相容，两者接触时，其界面间产生的力即为界面张力。界面张力是反映变压器油在精制过程中洁净程度的指标，变压器油在使用过程中会掺入杂质并产生油质老化现象，老化过程中会产生COOH-与OH-等亲水的极性基团，而油分子本身为憎水的非极性基团，从而导致亲水基团向水相转移，憎水基团向油相转移，两者在水相与油相之间产生垂直于界面的力，导致油与水之间的界面张力减小。所以，变压器油的界面张力与油品老化程度密切相关^[5-6]。本文统计了2015— 2019年内蒙古西部地区入网变压器油界面张力数据，分析了每年的不合格率及其原因，为入网变压器油界面张力检测提供参考。

1 数据分析

对2015—2019年内蒙古西部地区入网送检变压器油进行界面张力分析，结果如图 1所示。GB 2536—2011《电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》和GB/T 14542—2017《变压器油维护管理导则》规定，变压器新油界面张力应≥40 mN/m，投运前变压器油界面张力应≥35 mN/m，运行中变压器油界面张力应≥25 mN/m^[7-8]。

2015年检测变压器油样62个，其数值分布如图 1（a）所示。从图中可以看出，界面张力≥40 mN/m的样品数为14个，占22.58%；35~40 mN/m的样品数为28个，占45.16%；25~35 mN/m的样品数为18个，占30.65%；≤25 mN/m的样品数为2个，占1.61%。样品不合格率为32.3%，前期送检变压器油样不合格率要高于后期送样量，后期送样量数值集中在35~40 mN/m。

2016年检测变压器油样115个，均为投运前油样，其数值分布如图 1（b）所示。从图中可以看出，界面张力≥40 mN/m的样品数为24个，占20.87%；35~ 40 mN/m的样品数为52个，占45.22%；25~35 mN/m的样品数为39个，占33.91%；送检样品不合格率为34.0%。后期送样量不合格率要高于前期，时间集中在8—10月，数值集中在25~35 mN/m。

2017年检测变压器油样87个，均为投运前油样，其数值分布如图 1（c）所示。界面张力≥40 mN/m的样品数为9个，占10.34%；35~40 mN/m的样品数为40个，占45.98%；25~35 mN/m的样品数为36个，占41.38%；≤25 mN/m的样品数为2个，占2.3%。送检样品不合格率为43.7%，不合格样品主要集中在送样后期。

2018年检测变压器油样110个，均为投运前油样，其数值分布如图 1（d）所示。界面张力≥40 mN/m的样品数为4个，占3.64%；35~40 mN/m的样品数为34个，占30.91%；25~35 mN/m的样品数为68个，占61.82%；≤25 mN/m的样品个数为4个，占3.64%。送检样品不合格率为65.5%，不合格样品分布在全年中。

2019年检测变压器油样86个，均为投运前油样，其数值分布如图 1（e）所示。界面张力≥40 mN/m的样品数为20个，占23.3%；35~40 mN/m的样品数为32个，占37.2%；25~35 mN/m的样品数为31个，占36%；≤25 mN/m的样品个数为3个，占3.5%。送检样品不合格率为39.5%。

2015—2019年送检变压器油总数与界面张力不合格率如图 2所示，不合格率均高于30%，其中2018年高达65.5%。

2 原因分析

变压器油的主要成分为饱和烃类，在使用过程中空气中的氧气与饱和烃类反应会产生亲水性的羟基化合物醛类和酮类物质，使变压器油的界面张力迅速降低；醛类和酮类化合物与空气中的氧气进一步反应生成酸性物质（羧酸），导致变压器油的酸值升高，同时由于羧酸也是亲水基团，导致变压器油界面张力进一步降低；生成的羧酸与醛类和酮类化合物发生缩合反应，使得油中烃类分子的碳原子增多，分子量变大，析出油泥^[9]。

酸值为变压器油老化的重要指标，由上述过程可知，在变压器油老化初期，酸值变化不大，但由于产生了大量亲水基团醛类和酮类物质，导致变压器油界面张力的变化十分显著，因此变压器油界面张力要比酸值对变压器油的老化更为敏感^[10-12]，可以在油品老化初期就敏锐判断其老化程度，随着油品老化的深入，油品中酸性物质的增多，酸值才能够准确反映油品的老化程度。因此，界面张力可作为变压器油老化初期监测的重要指标。

为了延长变压器油的使用寿命，在生产过程中一般都需要添加抗氧化剂。目前使用范围最广的抗氧化剂是T501（2，6-二叔丁基对甲基苯酚），作用机理为利用屏蔽酚的化学活性，与油中活性自由基和过氧化物发生反应，最终形成稳定的化合物，从而消耗油中生成的自由基，阻止油分子自身的氧化进程。变压器油中添加抗氧化剂的量必须符合要求，过量的抗氧化剂会降低油品的电气性能，引起变压器油的界面张力值降低。

3 处理措施

变压器油老化后的处理措施主要有三种：第一种是再净化，即简易再生，包括沉降、离心、过滤及絮凝等步骤，主要是除去废油中的水分、悬浮的机械杂质和以胶体态分散的机械杂质；第二种是再精制，即在再净化的基础上增加化学精制或吸附精制等处理过程；第三种是再炼制，是包括蒸馏在内的再生工艺流程，生产质量较高的再生基础油，再调制成各种油品。目前国内外变压器油的再生处理工艺中最经济可行的是吸附再生法，变压器油中的氧化产物（如沥青、胶状物质、酸性化合物等）一般均为极性化合物，在与具有活性表面的吸附剂相接触时，便可被吸附而除去。吸附再生处理具有操作简单、处理效果好、设备投资少、运行成本低等优势。

4 结束语

变压器油在使用过程中受自身化学特性以及环境温度、湿度、氧气等因素的影响，不可避免地会发生氧化，从而使油品的性能降低，对充油设备的安全稳定运行产生危害。变压器油精炼程度不够或添加剂超标是导致新油界面张力不合格的主要原因，变压器油在使用过程中老化产生的醛类和酮类以及羧酸类物质是导致运行油中界面张力变小的直接原因。因此，关注变压器油界面张力的大小是变压器油务监督的一项重要工作，电力运营单位应提高重视程度，严格管控投入电网运行的变压器油界面张力的合格率，为电网安全可靠运行提供保障。