变压器油处理的环保和效益分析

任乔林，肖 洒，任贝婷，肖亚平，黄旦莉，陈 黎

（1．国网湖北省电力有限公司孝感供电公司，湖北 孝感432000；2．国网湖北省电力有限公司随州供电公司，湖北 随州441300；3．三峡大学，湖北 宜昌443002）

0 引 言

目前，随着国家对环保要求越来越严格，国内各发供电单位变压器废旧油再生处理工作蓬勃开展，对高硫含量变压器油研究加速。当变压器油老化时，油的粘度增高，会严重影响脱硫吸附剂的处理效率［1，2］。本文采用自制的载铜吸附剂（XDK?型系列吸附剂），对某核电站的劣化变压器油进行再生处理，再生油的各项性能符合国家变压器油标准，但是经过负荷运行后发现再生油脱硫不彻底，硫腐蚀反弹时间短，需要增加再生处理的频次。IEC最新标准对潜在硫腐蚀性、总硫含量有要求，要求检测不出钝化剂、DBDS（二苄基二硫）；我国变压器油标准也对此作了相应修订。由于使用环境的特殊性，变压器对于再生油的品质要求高，除了总硫含量和硫腐蚀性，还要将金属离子含量、介损、体积电阻率、绝缘性、老化速度等系列指标纳入研究范围，需要在变压器的较长周期的实际使用中对吸附剂再生效果进行系统评价［3，4］。

1 材料与方法

1.1 主要实验试剂

表1 实验试剂

1.2 设备和材料

表2 实验设备和材料

1.3 XDK?吸附剂与纳米载铜活性炭联合吸附剂对硫腐蚀劣化变压器油的吸附

取具有严重腐蚀性硫的变压器油样200 g，按油重的10%加入脱硫吸附剂和3%XDK?吸附剂浸泡，在同一吸附条件下：油样温度为70℃，吸附时间为48 h；所得油样过滤后通过ASTMD16。

2 变压器油处理案例分析

2.1 某水电站高介损高硫含量变压器油联合处理结果分析

2015年9月，对某水电厂2＃主变76．8吨ABB绝缘油进行了简化分析试验，其中水分、击穿电压等项目均符合GB／T7595－2008《运行中变压器油质量》要求的质量标准，但是介损达到2．17%，体积电阻率3×1010Ω．·m；采用XDK?吸附剂对变压器本体循环过滤后，对2＃主变绝缘油进行了简化分析试验，其中水分、击穿电压、水溶性、酸值、闪点、界面张力、含气量等指标均符合GB／T7595－2008《运行中变压器油质量》要求的质量标准。体积电阻率升至11．3×1010、介损降低到0．18%。经过本次处理的变压器达到投运前变压器油标准。

2015年12月，剩余的37吨ABB变压器油（储存在大罐内）进行吸附处理，条件：3%吸附剂、48 h、50℃，得到的变压器油介损降低到0．01%，其他指标均合格。2016年1月，将处理后的油样送石油权威部门试验，经试验后的腐蚀性指标结果满足IEC62535标准要求。通过变压器吸附处理，进口变压器介损合格，节约了大量购买新油的费用，保护了环境。对该电厂变压器油样（大油罐，本体下部取样阀处取样）通过ASTMD1275－2003（B法）进行绝缘油硫腐蚀性测试，对比ASTMD铜腐蚀标准，变压器油罐硫腐蚀测试结果是4a，变压器油已经出现了明显的硫腐蚀性。使用XDS型吸附剂处理后，变压器油的硫腐蚀性降低到3a，相对于原油（4a）的硫腐蚀性有明显的降低，属于无腐蚀区。总硫降到接近1500的标准，用WK－2E型微库仑综合分析仪测量其总硫含量：成功地将清江隔河岩水电站的＃1－＃4主变ESSO变压器油含硫量从1 896 mg／L降至1 128 mg／L；处理后油腐蚀性硫通过IEC62535方法测量为非腐蚀性。

可以看出，变压器油经过联合吸附处理后，介损、硫含量和腐蚀性均达标，避免了换油，为国家为企业节约了大量石油资源。

2.2 某变压器公司钝化剂和DBDS抗氧化剂处理

2016年1月，接到某变压器公司要求，因为香港某公司按照IEC国际标准要求，不能含有DBDS和钝化剂，所以需要对含有钝化剂和DBDS的运行油进行处理。

本课题组在湖北工程学院协助下，研制了索氏试剂DBDS脱出剂。10 g固体氢氧化钠加入50 ml分子量400（或1000）的乙二醇中，加热到80℃，直到完全溶解，得到棕色的样品，见图1。左边为PEG－400（油状液体，粘度很大），右边为PEG－1000（固态，有结晶现象）。加入500 ml变压器油（DBDS含量为117 ppm）温度升至120℃，然后逐渐降低温度到80～120℃，处理60 min后分别取样（处理后的样品为黄色的液体变压器油，需要进一步做脱色处理），并进行油品中DBDS含量测试。没有检测到DBDS。由测试结果可知，此方法能有效除去DBDS。

图1 油处理实验图

2.3 某核电站对高硫含量变压器油的处理

某核电站发电厂变压器，主变额定容量为1 125 MVA，由三台375 MVA的单相变压器组成，变比为26 kV→400／500 kV（420／525 kV），由英国 GEC公司制造，1988年出厂，冷却方式为强油风冷，开放式运行。其每相变压器油体积92 m3，油枕油7 m3，主变油由英国 CARLESS ROFINING AND MARKETING LTD公司提供，产品牌号为：TRANSOIL1，为环烷基型矿物绝缘油，油中不含抗氧化抑制剂，满足英国BS148－1984标准（目前该标准已经升级为BS148－1998）。

从1999年开始采用孝感供电公司的XDK?吸附剂进行油吸附处理降低介损，取得了较好的效果。但是2010年经IEC62535方法检测为腐蚀性，经过与CARLESS ROFINING AND MARKETING LTD 公司联系购买新油补充，其新油为非腐蚀性，采用新油加入吸附后对变压器油进行补充。然而2012年后此变压器油厂停产，考虑到没有新油补充，只好将约720吨变压器油全部作废卖掉。

2.4 对某工厂变压器油的真空滤油

2017年1月，接到云梦县大展钢厂的任务，对工厂的三台变压器共20多吨油进行真空滤油工作，其中包括 2 个10 kV、6 500 kVA的 变 压 器 油 6 吨 和550 kVA的变压器油5吨，一个35 kV、14 000 kVA的变压器油14吨。这20多吨变压器油中H2含量浓度有150 PPM，并且CO、CO2含量也超出标准；经过真空滤油等一系列处理后，其各项指标均降至合格范围，该变压器油得到重新利用，无需重新购买新油替换。

2.5 某换流站变压器油的处理

西安西电政平一500 kV换流站有废弃变压器油共36吨，介损等指标均不合格。经使用孝感供电公司的XDK?吸附剂进行油吸附处理后，变压器油的介损值降到了0．036%，耐压等级提升到了60 kV，微水含量降至10，达到变压器油使用标准。

2.6 某变电站变压器油的回收处理

彭湾变电站有不合格的废弃变压器油15吨，经测试得到该废弃变压器油的介损值高达3．5%，微水量达19，经色谱分析检测变压器油中CO2含量高达200，耐压值为40 kV。指标不合格的变压器油，继续在变压器中使用存在很大的风险。将这些废弃的变压器油回收，在油处理中心经过吸附处理后，变压器油的介损值大大降低，至0．2%，微水值也降至11，CO2含量降至100，耐压值提高到60 kV。均符合 GB／T7595－2008《运行中变压器油质量》要求的质量标准。

3 环保效能分析

在2．1节中对某水电站的4台机组进行测试，有两台已出现明显腐蚀现象，一台出现轻度腐蚀，表明在变压器油中硫腐蚀现象已大量存在，解决变压器油的硫腐蚀问题能大大延长变压器油的使用寿命。我们通过不同方法对ASTMD铜腐蚀标准等级为4a的变压器油进行处理，其中载铜活性炭处理的方法效果最好。根据其他几个对变压器油的处理案例可以看出，通过XDK?等吸附剂对废油进行吸附处理，都可以大大降低变压器油的介损值。通过真空滤油等一系列处理方式，可以大大提升变压器油的性能，降低废油中的微水和杂质含量，包括H2、CO和CO2等，提高变压器油的耐压值和绝缘性能。通过对不合格变压器油的处理，可以提高变压器油的各项性能指标，达到GB／T7595－2008《运行中变压器油质量》要求的质量标准，继续投入使用，达到变废为宝的目的。节约大量资源，同时也避免了腐蚀性油对环境的污染。

4 效益分析

4.1 环保生态效益分析

在能源资源吃紧、生态环境严峻的今天，节能环保已成为一个热点问题，在社会飞速发展的情况下降低生态压力是今后科学研究的一个大方向。中国人口众多，资源相对不足，要实现经济社会的可持续发展，必须走节约资源的道路。近年，我国大力提倡绿色环保、可持续发展，面对严峻的环境形势，国家在“十一五”规划中专门明确了节约资源和保护环境的基本国策，并提出了建设资源节约型、环境友好型社会的目标。对废旧变压器油的回收再利用符合国家可持续发展战略，经过吸附剂处理后的废旧变压器油可以重获新生，再次利用减少新油的使用，节约了资金和能源，减小了能源压力，同时废旧变压器油的再利用也避免了其自身对环境的污染。

废旧变压器油分类收集再利用的关键技术及其成套设备的应用产生了可观的生态效益。对于生态效益的评价，学术界往往从原材料强度指标、能耗强度指标、污染物排放指标等方面进行。根据现有的评价理论，在绩效评价相关研究成果的基础上，对于废旧变压器油品回收再生的特殊性，借鉴绿色物流评价理论与方法，建立了如图2所示的生态效益评价指标体系。

根据图2的评估指标，以2003年的《排污费征收使用管理条例》（国务院令第369号）为基准进行变压器油处理的生态效益核算：在废旧变压器油品再生项目实施的近三年（2014～2016年）里，共处理变压器油2 280吨，其中2014年到2016年产值能耗分别为1 028吨、1 085吨和1 142吨标准煤，按照2016年标准煤均价550元／吨，效益为179．025万元。水质污染当量数分别为7 200 000、7 600 000和8 000 000，按照油污染水排污费0．7元／污染当量计算，效益为1 596万元。土壤污染度分别为1 028吨、1 085吨和1 142吨，按照土壤油污染排污费75元／吨计算，效益为24．2775万元。固体污染度分别为36吨、38吨和40吨，按照油污染固体排污费0．1万元／吨计算，效益为11．4万元。大 气 污 染 当 量 数 分 别 为1 526 400、1 611 200和1 696 000，按照废气吸附排污费0．6元／污染当量计算，效益为483．36万元。总计本项目产生的生态效益为2 294．0625万元。

图2 生态效益评价指标体系

4.2 经济效益分析

近年来社会用电量不断增加，电网建设也随之不断加快，绝缘油设备数量大幅增加，绝缘油回收处理工作也逐步显得重要。据统计，就湖北省电力公司2015年管理及代维的500 kV、220 kV、110 kV变电站，就有八百多座，绝缘油设备中所拥有的绝缘油大约13 405吨。按照绝缘油设备大修期为10～15年计算，每年需要更换绝缘油约894吨，按现有价格计算购买新油，每年约需800万元。若将这些废弃变压器油回收处理再利用，每吨处理费约5 000元，回收中心每年系统内废油处理费约447万元。就湖北省而言，利用变压器油回收再利用技术处理每年就可以节约几百万的资金。如若在全国大力推行使用变压器油再生技术，可以大大节约成本，减少资金投入。

5 结 论

（1）XDK?吸附剂与脱硫剂联合处理再生变压器油的方法，能够达到降低废旧变压器油硫含量以及介损的目的，达到环保节能效果，节约大量的石油资源，为电力油务中心的环保效益开发提供了很好的借鉴。

（2）各发供电电力用油使用单位由于历史的原因，会产生大量废旧变压器油，我们完全可以针对性地采取措施，解决变压器油被废弃而污染环境的命运；建议电力用油单位加大环保力度，做好收集和分类基础工作，从而加强危险废物规范处置。

（3）XDK?吸附剂与脱硫剂联合处理再生变压器油的方法可以用于现场油处理。本课题组三年以来，处理变压器油2 280吨，直接经济效益3 420万元，生态效益2 294．0625万元，总计5 714．0625万元。

（4）采用XDK?吸附剂可以吸附掉钝化剂、除掉DBDS。确定碱法除去绝缘油中DBDS的试验时间，并用活性白土进行脱色处理，从而确定绝缘油吸附工艺，并在此基础上设计出新型绝缘油再生设备。

（5）按油重3%XDK?吸附剂和油重10%脱硫剂加入到废旧变压器油中来进行处理，能够有效地脱除油样中的腐蚀性硫，使油样的腐蚀性从4a级（腐蚀区）降低到2a级（无腐蚀区）。达到IEC有关变压器油总硫和腐蚀性硫标准要求，从而使废旧油环保再利用。利用变压器油回收再利用技术处理，每年就可以节约几百万的资金，经济效益可观。