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十二烷基苯人工合成絕緣油用于750kV套管的安全性分析

文檔作者：陳剛許廣虎趙舉文檔來源：國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學研究院，		點擊數(shù)：	更新時間： 2022年04月11日
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新疆電力技術2017 年第4 期總第135 期
摘要：目前新疆地區(qū)投運的750kV 高壓
電抗器部分進口套管，采用的是十二烷基苯
（DDB）人工合成絕緣油。結合故障案例，本
文對十二烷基苯（DDB）人工合成絕緣油進行
了綜合分析和評估，認為750kV 及以上高壓
套管應慎用十二烷基苯（DDB）人工合成絕
緣油。
關鍵詞：十二烷基苯；人工合成絕緣油；
高壓套管
0 前言
新疆電網(wǎng)某750kV 線路電抗器突發(fā)輕瓦
斯告警故障，緊急停運后，對該套管油樣進行
色譜分析，發(fā)現(xiàn)乙烷含量異常。隨后，對即將
更換的套管的油樣進行色譜分析，發(fā)現(xiàn)乙烷含
量也超出國內外相關標準。有鑒于此，又對該
種型號備用及在運的全部套管進行取油色譜
分析，發(fā)現(xiàn)大部分套管的油中乙烷含量異常。
據(jù)套管生產廠家介紹，套管采用的是進口
十二烷基苯DDB 合成絕緣油。而國內外目前
尚無十二烷基苯(DDB) 人工合成絕緣油用于
750kV 電容式套管的相關安全性評估研究。
經向國內相關專家及新疆獨山子煉油廠、
獨山子石化研究院及克拉瑪依煉油廠、克拉瑪
依石化研究院油品所等單位咨詢，均沒有十二
烷基苯(DDB) 人工合成絕緣油相關試驗數(shù)據(jù)
及評估方法。結合國內外有關試驗數(shù)據(jù)及實
際運行情況，現(xiàn)針對十二烷基苯(DDB) 人工合
成絕緣油用于750kV 電容式充油套管進行安
全性評估。
1 十二烷基苯（DDB）油的理化性能
1.1 十二烷基苯(DDB) 人工合成絕緣油的
理化性能
十二烷基苯(DDB) 人工合成絕緣油
，烷基側鏈含9～15 個碳原子
的混合物。是由烷烴或烯烴與苯直接合成得
到，是毒性最低的合成油之一。幾種合成絕緣
油的理化、電氣性能見表1。
表1 幾種合成絕緣油的理化電氣性能
名稱
十二烷基苯（DDB）
苯基乙苯基乙烷（PEPE）
單芐基甲苯/二芐基甲苯
（MBT/DBT）
閃點
℃
135
145
134
凝點
℃
-60
-65
-66
運動粘度
(m2/s)×10-6
7.0
6.3
2.3
介電常數(shù)
80℃
2.17
2.5
2.54
tgδ%
90℃
0.02
0.025
0.014
ρv
Ωm
2.5×1013
1.8×1013
2.3×1013
EB(2.5mm)kV
60
65
70
析氣性
μL/min
-75
-130
-140
從性能概覽可知，十二烷基苯油屬于弱極
性材料，具有粘度低、介質損耗低、擊穿場強高
等特點。但苯基乙苯基乙烷（PEPE）新型人工
合成絕緣油性能更好，330kV 以上電容器和電
十二烷基苯人工合成絕緣油用于750kV套管的安全性分析
陳剛許廣虎趙舉
國網(wǎng)新疆電力有限公司電力科學研究院，新疆烏魯木齊，830011
·65·
新疆電力技術2017 年第4 期總第135 期
容式電壓互感器普遍采用PEPE 合成絕緣油，
低溫環(huán)境運行多采用MBT/DBT 混合合成絕
緣油而不使用十二烷基苯（DDB）油。
1.2 進口十二烷基苯DDB 合成絕緣油組
分：癸烷基－苯系，11.08%，十一烷基－苯系，
30.41%，十二烷基－苯系，33.3%，十三烷基－
苯系，24.86%。上述烷基苯具有吸潮性，并且
該油對材料相溶性能較礦物油差。
1.3 十二烷基苯(DDB)人工合成絕緣油
，烷基側鏈含9～15 個碳原子
的混合物。因此DDB 油既有單環(huán)芳烴的良好
的吸氣性和較差的安定性，也具有烷烴的較差
的熱穩(wěn)定性和氧化安定性。溫度在70-80℃
時，直鏈十二烷基苯（DDB）就會產生乙烷。
1.4 十二烷基苯(DDB)與有機材料的相容
性不好，十二烷基苯可以溶脹電氣設備中的橡
膠，與電氣設備中的聚丙烯材料（高電壓等級
全膜電容器）相容性差，因此國內外的十二烷
基苯（合成絕緣油）產量在20 年前已經急劇下
降。目前我國基本上不使用和生產十二烷基
苯（合成絕緣油）。
2 十二烷基苯（DDB）油的老化試驗
2.1 熱老化試驗后對十二烷基苯(DDB)合
成絕緣油電氣性能影響：
取進口的十二烷基苯(DDB)合成絕緣油
1000 mL 置于烘箱中，經115℃、96 h 的老化處
理后，取出樣品并進行理化電氣性能測試分
析，其結果見表2。
表2 熱老化試驗后的理化電氣性能
時間
試驗前
試驗后
閃點
℃
152
148
運動粘度
(m2/s)×10-6
4.331
4.129
酸值
mgKOH·g-1
0.002
0.012
tgδ%
90℃
0.03
0.04
EB
kV·mm-1
50
43
析氣性
μL/min
-61.1
-81
老化后的進口DDB 絕緣油，運動粘度也
略有減低，油的流動性提高；閃點有所下降，說
明經熱老化處理油中有溶解可燃氣體；酸值明
顯增大；擊穿電壓下降；介損損耗增大且電氣
性能降低。
2.2 熱老化試驗后對十二烷基苯(DDB)合
成絕緣油中溶解氣體的影響：
取進口的十二烷基苯(DDB)合成絕緣油
2000 mL 置于烘箱中，經90℃、288 h 的老化處
理后，取出樣品，進行色譜分析，其乙烷隨時間
變化情況如表3。
表3 熱老化試驗中乙烷的含量變化
時間（h）
乙烷（μL/L）
0
0
24
25
144
720
168
490
192
740
216
1180
240
1182
264
1210
288
1310
可以看出，隨著老化時間的延長，十二烷
基苯(DDB)合成絕緣油熱分解產生乙烷的量
也隨之增長。
2.3 進口420kV 充DDB 油套管的帶電熱
老化試驗
表4 進口420kV 充DDB 油套管帶電熱老化試驗
時間（h）
乙烷
（μL/L）
A 套管
B 套管
0
140
185
24
185
310
48
230
490
72
388
820
96
390
820
120
475
925
從表4 可以看出，帶電熱老化試驗，隨著
老化時間的延長，十二烷基苯(DDB)合成絕緣
油熱分解產生乙烷的量也隨之增長。
3 十二烷基苯（DDB）油的運行性能
3.1 湖北電網(wǎng)已有投運三年的集合式電容
器，其外殼與內部單元之間充十二烷基苯
（DDB）油。其中B 站5000kvar、Z 站6000kvar
集合式電容器的色譜普查數(shù)據(jù)，如表5 所示。
表5 B 站集合式電容器色譜數(shù)據(jù)
設備
名稱
#1
#2
#3
#4
組分含量（μL/L）
H2
943.6
1985.5
1277.9
335.8
CO
203.2
254.4
357.7
118.8
CO2
5694.4
5168.0
4580.5
3976.0
C2H4
70.7
98.1
14.9
17.6
C2H6
1843.4
2172.0
224.9
374.0
CH4
194.2
257.8
14.4
50.1
C2H2
0.0
0.0
0.0
0.0
總烴
2180.3
2528.1
254.2
441.7
·66·
新疆電力技術2017 年第4 期總第135 期
正常情況下，#1 和#2 集合式電容器投運
時間長，#3 和#4 集合式電容器投運時間短。
#1 和#2 集合式電容器內部連接件長期過
熱引起絕緣油劣化，乙烷都占總烴的84%
以上。
B 站集合式電容器微水、耐壓數(shù)據(jù)見表6
所示。
表6 B 站集合式電容器其它數(shù)據(jù)
項目
微水mg/L
油耐壓kV
#1
85.2
28.5
#2
84.4
29.8
#3
53.2
38.2
#4
54.8
38.7
運行時間越長，油中乙烷越高，微水含量
越高，電氣性能（油耐壓）下降越明顯。
Z 站負荷高時，6 組集合式電容器均投入
運行。橫向比較可知#3 集合式電容器存在異
常。且其余5 組集合式電容器乙烷和總烴均
不大，色譜數(shù)據(jù)見表7。
表7 Z 站集合式電容器色譜數(shù)據(jù)
設備名稱
#1
#2
#3
#4
#5
#6
組分含量（μL/L）
H2
16
14
354
0
10
9
CO
43
59
117
132
51
56
CO2
2242
1098
659
1647
1997
2965
C2H
4
0
2
4152
35
3
0
C2H
6
0
9
642
12
0
2
CH4
1
3
1263
15
1
1
C2H
2
0
0
0
0
0
0
總烴
1
14
6057
62
4
3
3.2 華能岳陽電廠2 號主變由英國GEC
ALTHOM 變壓器有限公司制造，絕緣油為進
口的Mobilect 35,經檢測其中添加了14.33%十
二烷基苯。變壓器存在低溫過熱故障，自投運
以來，色譜數(shù)據(jù)如表8所示。
表8 2 號主變DDB 油色譜數(shù)據(jù)
1990.1.24（1）
1992.5.28
0.14
7
0.04
18
0.05
3
0.02
0
1.30
8
2.0
85
15.0
593
0.25
28
時間
組分含量（μL/L）
CH4 C2H6 C2H4 C2H2 H2 CO CO2 總烴
1992.8.25
1992.11.23
1993.3.26
1993.10.12
1994.6.2
1995.7.4（2）
1995.7.11
1995.12.7
1996.6.27
1996.12.10
1997.5.27
1997.8.26
40
53
50
78
83
13
25
86
97
90
106
129
102
156
206
335
413
77
134
254
289
329
374
452
3
9
8
12
16
3
11
14
12
16
17
20
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
17
11
15
9
11
12
18
8
8
21
8
50
122
161
83
139
120
91
105
193
150
187
199
249
1018
1090
762
808
804
553
562
869
1194
1272
805
1262
145
218
264
425
512
93
170
354
398
435
497
601
時間
組分含量（μL/L）
CH4 C2H6 C2H4 C2H2 H2 CO CO2 總烴
（1）1990.1.24 數(shù)據(jù)英國廠商提供；
（2）1995.7.4 數(shù)據(jù)為變壓器油真空脫氣后
首次色譜數(shù)據(jù)。
油色譜數(shù)據(jù)中CO 含量在100-250μL/L，
含量不高判斷固體絕緣并未老化，液相色譜分
析糠醛含量為0.01mg/L，固體絕緣沒有老化。
十二烷基苯在低溫過熱的情況下可分解產生
乙烷。
開始投運的兩年內，各種溶解氣體含量，
包括乙烷在內均未發(fā)現(xiàn)異常，隨著運行時間變
長，油中乙烷含量也在不停增長。雖經真空脫
氣，故障也未消除，且隨投運時間增長，乙烷依
舊不斷增長。
3.3 新疆某750kV 高壓電抗器充十二烷基
苯DDB 油故障套管色譜數(shù)據(jù)如表9 所示。
表9 某750kV 線路高壓電抗器B 相輕瓦斯動
作后套管色譜數(shù)據(jù)
套管
氣樣
18075.67 86.578 261.90 12.417 680.58 1468.79 16.369 2178.16
設備
名稱
組分含量（μL/L）
H2 CO CO2 C2H4 C2H6 CH4 C2H2 總烴
·67·
新疆電力技術2017 年第4 期總第135 期
油中
理論
值
套管
油樣
10845.22
6669.697
10.39
8.446
240.95
317.314
18.13
18.934
1565.34
1747.396
572.829
675.339
16.696
16.045
2172.99
2457.74
設備
名稱
組分含量（μL/L）
H2 CO CO2 C2H4 C2H6 CH4 C2H2 總烴
注：產氣總量為各組分氣相濃度與油中濃
度之和。
存在過熱兼局部放電的故障時，十二烷基
苯DDB 油的主要分解產物為氫氣、乙烷和甲
烷。不符合導GB/T722-2014《油中溶解氣體
分析判斷導則》判定；不符合GB/T24624-2009
《浸漬介質套管中溶解氣體分析（DGA）的判
斷導則》判定；也不符合IEC60599-2015
《Guide to the interpretation of dissolved and
free gases analysis》判定，給故障定性帶來了
很大困難。
4 充十二烷基苯DDB 油750kV 套管安全性
評估
經對在運和備用共計12 只750kV 充十二
烷基苯DDB 合成絕緣油套管進行取樣化驗，
色譜分析結果如表10所示。
表10 750kV 的12 支在運套管色譜數(shù)據(jù)
設備名稱
沈變存放套管1
沈變存放套管2
巴庫一線A 相
巴庫一線B 相
巴庫一線C 相
巴吐二線A 相
巴吐二線B 相
巴吐二線C 相
鳳凰變1 號主變A 相
鳳凰變2 號主變A 相
鳳凰變2 號主變B 相
鳳凰變2 號主變C 相
組分含量（μL/L）
H2
72.37
15.35
6.373
9.022
9.529
10.753
13.044
22.04
12
10
11
12
CO
69.24
54.11
39.024
33.97
52.364
66.155
68.998
60.987
58
61
58
118
CO2
280.44
237.27
166.484
151.342
162.163
195.308
205.333
207.217
125
93
124
173
C2H4
0.49
0.54
0.577
0.983
1.3241
2.761
2.333
1.96
0.5
0.2
0.1
0.1
C2H6
370.71
400.54
194.017
190.594
207.155
483.414
513.605
505.416
672.1
452.9
443.1
355.0
CH4
36.29
37.98
28.892
29.73
31.973
76.962
87.827
86.801
79.7
49.1
57.3
44.7
C2H2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
總烴
407.49
439.6
223.486
221.307
240.452
563.307
612.211
593.447
752.3
502.2
500.5
399.8
4.1 除了沈變存放的兩只備用套管外，其
余十支在運套管油色譜乙烷均有異常，根據(jù)十
二烷基苯DDB 油的老化特性及老化后的電氣
性能特點，長期運行會導致油中乙烷含量持續(xù)
增長，且DDB 油的擊穿電壓會下降、介質損耗
增加。
對國內外相關標準進一步查詢，如GB/
T24624-2009《浸漬介質套管中溶解氣體分析
（DGA）的判斷導則》：在取得進一步經驗之
前，本法用于符合GB/T21221-2007 的其他材
料時應慎重，如十二烷基苯為基礎的碳氫化合
物。IEC60599 - 2015《Guide to the interpreta?
tion of dissolved and free gases analysis》：
NOTE Some modern bushing contain mixtures
of mineral oil and dodecylbenzene (DDB) , in
proportions not know. Gas compositions
evolved from DDB are not the same as from
mineral oil, and DDB absorbs more gas than
mineral oil.
采用十二烷基苯合成絕緣油的充油套管
等少油電氣設備出現(xiàn)故障時，沒有有效的判定
依據(jù)或導則。
4.2 國內外均沒有相關數(shù)據(jù)顯示，在低溫
過熱運行情況下，油中乙烷會達到一個穩(wěn)定
值，且國內外近三十年來均沒有相關導則或標
準針對充十二烷基苯DDB 油套管相關色譜數(shù)
·68·
新疆電力技術2017 年第4 期總第135 期
據(jù)有效判斷充DDB 油套管是正常還是非正常
故障運行。
4.3 沈變存放的兩只套管常溫保存，在沒
有受熱情況下，油中存在較高乙烷，可能是由
于十二烷基苯DDB 油在注入設備前凈化處理
工藝不當，加熱溫度控制不當或高真空（十二
烷基苯170℃飽和蒸汽壓為800Pa）導致注油
后，油中乙烷濃度較高。同時也說明，十二烷
基苯DDB 油污染后（水分、溶解氣體）不易凈
化、注油工藝要求更嚴格。
4.4 十二烷基苯DDB 合成絕緣油與其他
材料相容性不佳，DDB 油可溶脹橡膠密封材
料，與聚丙烯材料（全膜電容器用PP 膜）相容
性（在電場、運行油溫下作為弱溶劑溶解、浸漬
缺陷的能力）不好，易溶解絕緣紙中微小纖維，
導致設備介質損耗增高。
4.5 十二烷基苯DDB 合成絕緣油與礦物
油組成都是烴類化合物，在電、熱作用下分解
氣體種類相同，可以采用油色譜儀對油中溶解
氣體進行分析。
4.6 750kV 套管導流裝置在運行過程中局
部輕微發(fā)熱故障就會導致與氣相接觸的十二
烷基苯DDB 油分解產生大量乙烷。另外，設
備正常運行時，由于套管尾部插在電抗器或變
壓器上部本體油中，其底部溫度與電抗器或變
壓器運行頂層油溫相同，也會導致與之間接接
觸的十二烷基苯DDB 油受熱分解。
5 結論
電力系統(tǒng)絕緣油色譜分析方法可以用來
對十二烷基苯DDB 油進行色譜分析，但不能
采用國內外相關標準對色譜數(shù)據(jù)進行故障診
斷。對于750kV 套管及其他充油電氣設備，應
慎用十二烷基苯DDB 油。如必須使用，則套
管在運行期間，應定期由運維檢修人員取樣進
行油色譜分析，確保750kV 變壓器（電抗器）可
靠運行。
參考文獻：
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電纜.2014.2
[2] J.A. 迪安. 蘭氏化學手冊13 版.1991
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氣.2002.7
[5]絕緣油的析氣性. 絕緣材料.2004.1
[6]進口443MVA 主變壓器低溫過熱故障探討. 華中
電力. 1998.10
[7] 絕緣油產生氣體的組分含量探討. 電力電容
器.2004.3
[8]GB/T24624-2009《浸漬介質套管中溶解氣體分析
（DGA）的判斷導則》
[9]IEC60599-2015《Guide to the interpretation of dis?
solved and free gases analysis》
[10]GB/T722-2014《油中溶解氣體分析判斷導則》
作者簡介：
陳剛（1975-），男，高級工程
師，主要從事電氣設備的絕緣
介質理化技術檢測、技術監(jiān)督
方面的工作。
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