废旧变压器油分类收集再利用技术研究

任乔林，肖 洒，汤迎春，黄旦莉，肖亚平，邓 华，江 涛

(1.国网湖北省电力公司孝感供电公司,湖北 孝感 432000；2.孝感市光源电力集团有限责任公司,湖北 孝感 432100)

废旧变压器油分类收集再利用技术研究

任乔林1，肖 洒1，汤迎春1，黄旦莉1，肖亚平1，邓 华2，江 涛2

(1.国网湖北省电力公司孝感供电公司,湖北 孝感 432000；2.孝感市光源电力集团有限责任公司,湖北 孝感 432100)

针对中国劣化变压器用油吸附处理存在的主要问题，建立了废旧变压器油分类收集处理中心，并开发“油监一点通”手机移动应用APP，对油桶地点、油液位置进行实时监测；研制出XDK系列吸附剂、纳米载铜活性炭脱硫剂等新材料，开发了吸附剂本身再生重复利用技术，并配套研发出吸附滤油成套设备，从而使变压器用油吸附处理更加环保、经济、高效、实用，再生油品中活性自由基、老化分子的清除更彻底，在重复利用过程中介损等关键指标不反弹，更加经久耐用。

分类收集;变压器油;环保;老化;吸附

0 引言

截止2007年底，湖北电网共有500 kV变电站18座，220 kV变电站125座，110 kV变电站685座，绝缘油设备中所拥有的绝缘油大约13 405吨，将废油回收再生利用，根据实践经验，每吨处理费预计约为5 000元。具体如下：1、110 kV以上13 405 t，寿命30年，每年产生废油450 t；2、35 kV变电站，孝感160台，全省1 600台，按2.5%故障率，每年100 t；3、10 kV变压器，22.5万台（PMS数据），按0.25%故障率，每台200 kg油，全省共112.5 t；4、主网维护（清洗补充油）孝感8 t，全省112 t。以上合计774.5 t待处理油品，产值387.25万元/年。湖北电网每年需要更换绝缘油约894 t，按现有价格计算购买新油，每年需约800万元。但是由于受观念、经济、技术等多种因素的影响，中国对于废旧变压器油品的回收再生渠道仍然滞后。目前国内对老化后的变压器油没有更为有效的方法，现迫切需要一种收集和再利用绝缘油的方法。由于，国内并没有变压器油再生成熟技术和标准出台，因此，通过变压器油收集分类及再生技术研究，通过高效吸附剂对劣化电力用油进行再生[1，2]，研究现场和定点再利用应用技术，不仅为变压器油再利用在老化研究方面积累经验数据，同时使变压器油能真正达到循环再生使用的目的。

1 原料和试验设备

1.1 原料

本项目试验用原料如表1所示。

表1 试验原料Table 1 Test raw materials

1.2 试验设备

本项目试验用设备如表2所示，根据如下设备组合成套设备进行吸附处理。

表2 试验设备Table 2 Test equipment

2 试验原理

2.1 废旧油分类收集回收

根据各种废油的种类、生产油的厂家、油的电压等级、新旧再生油以及超标指标不同，对废油进行分类收集，主要按照“油厂家-油牌号-电压等级-新旧油”的原则依次分类。同时针对国网湖北省电力公司77个变电站新废油桶进行油位在线监测，即时将油位监测数据上传至“油监一点通”移动手机APP，方便运行人员即时了解废油收集情况。图1为油分类收集处理中心车间建设图。

图1 油分类收集处理中心车间Fig.1 oil classification and collection processing center workshop

2.2 吸附剂试验原理

2.2.1 XDK吸附剂处理劣化变压器油

运用金属有机骨架材料（Metal-Organic Frame⁃works，MOFs）构建原理，采用低温水热合成法，得到孔径大的吸附剂骨架。XDK吸附剂比表面积、孔径、吸附容量以及抗氧化吸附作用相比于传统的白土、硅胶、活性氧化铝得到了优化。XDK吸附剂能够深度吸附劣化的变压器油中的极性分子、异类化学键，以及油中醇、醛、酯等有色氧化分子，使处理后的变压器油更纯净，介损等指标恢复到投运前水平。图2为吸附剂构型建模图，图3为吸附剂吸附作用机理，图4为生产出的吸附剂产品。

图2 构建模型图Fig.2 construction model

图3 吸附剂作用机理图Fig.3 adsorbent mechanism

图4 吸附剂成品Fig.4 adsorbent finished product

2.2.2 纳米载铜活性炭（AC-Cu（I））脱硫剂

针对腐蚀性硫的脱除，通过载铜实现吸附剂的选择性脱硫，采用壳聚糖作为铜分散剂制备新型碳基纳米铜材料，利用多种官能团与铜的络合作用，在达到高载铜量的同时避免产生脱硫活性差的体相铜。变压器油中的硫醇RSH或噻吩等含硫化合物的分子中硫原子有π电子或n电子，可作为π电子或n电子供体。在变压器油和吸附剂接触后，π电子或n电子投入到一价铜离子的3D9半空轨道和4P0轨道中，两者产生配位络合作用形成—S-M配合物，使变压器油中的含硫化合物有效脱除，能有效缓解国内外目前脱硫不适合变压器现场使用的困境。图5为负载前（A、B）后（C、D）吸附剂的扫描电镜（SEM）测试图，图6为吸附作用机理图，图7为吸附剂成品。

图5 负载前（A、B）后（C、D）吸附剂的扫描电镜（SEM）测试Fig.5 (A,B)after the(C,D)adsorbent scanning electron microscopy(SEM)test

图6 吸附作用机理图Fig.6 mechanism of adsorption

图7 吸附剂成品Fig.7 adsorbent product

2.2.3 XDK吸附剂再生多次利用

针对吸附剂使用后回收利用率低下问题，本文通过吸附剂再生利用技术，形成了一种用于吸附剂再生的脱油复合洗涤剂及再生工艺，该洗涤剂包含以下四种成分：6%-10%的烷基苯磺酸盐、烷基苯盐酸盐及其混合物的主要阴离子，表面活性剂烷基是饱和烷基或链烯基或其混合物，其平均碳原子数多为9-13；3%-8%的烷基乙氧基醚硫酸盐（AES）；4%-10%的十二烷基硫酸钠（K12）表面活性剂；2%-6%的 OP-10，其与主要阴离子表面活性剂之比为 1:2-1:3，以及7%-20%的盐类助洗剂，其主要成分选自聚磷酸盐和硅铝酸盐。通过该脱油复合洗涤剂有效净化吸附剂的内部骨架结构，增加吸附剂的活性位点，实现吸附剂再生利用。图8为待再生的吸附剂形态。

图8 待再生的吸附剂形态（从右至左依次为：处理前、水洗处理后、洗涤剂处理后）Fig.8 The form of the adsorbent to be regenerated (from right to left is:before treatment,after washing, the detergent is treated)

2.3 成套设备原理

采用多级分段处理模式，使吸附剂的再生效率和吸附罐的设计有机结合，以达到吸附处理过程中深度清除劣化油中活性自由基、老化分子的效果。通过试验升级工程现场的吸附工艺及吸附设备，采用集成配置，可以方便地将设备整体运输到现场，现场安装连接简单，操作方便，较好地发挥电力用油加热、精密过滤、真空过滤、吸附过滤、脱硫过滤和干燥变压器等一系列功能。图9为多层多级高效吸附罐，图10为多功能联合使用的吸附罐，图11组合滤油成套设备结构图，图12变电站现成组合滤油成套设备。

图9 多层多级高效吸附罐Fig.9 Multi-layer multi-stage high-efficiency adsorption tank

图10 多功能联合吸附罐Fig.10 Multi-functional combined adsorption tank

图11 设备结构图Fig.11 Equipment structure diagram

图12 组合滤油成套设备Fig.12 Combination of oil filter complete sets of equipment

3 试验方案

3.1 某特别行政区油现场小型吸附试验

1）将3种不同程度指标超标的废旧变压器油各1 000 ml倒入管口瓶中[3]。

2）称量150 gXDK-03吸附剂放入烘箱烘干1 h后冷却备用。

3）连接好装置，接好电源，分别将管口瓶内油加热到50℃，进行循环吸附处理48 h，记录变压器油的酸值，介质损耗因素等指标。实验记录如表3所示。

3.2 彭湾吸附脱硫试验

彭湾变电站变压器油进行抽样检验时发现，油色黄，介损、酸值较高，呈浑浊状态。根据调研情况和实际相关工作经验，利用轻质石油产品中总硫含量测定法（电量法）（SH/T0253-1992）进行含硫量测试，对于同一样品，测试重视性较好，基本上可以满足变压器油中含量测试要求，且测试操作简单，适用于油品的总硫量测试。经过测试，变压器油中总的含硫量为1 369 mg/L。通过采用纳米载铜活性炭脱硫剂进行吸附试验[4]，处理之后的含硫量为690 mg/L，脱硫效果很明显。

3.3 云梦大展钢厂旧油综合利用

通过油监一点通中手机APP的提示信息，对云梦大展钢厂废油进行回收，回收的油类颜色发黄，经过色谱分析可知，其废油中含有的CO2已经严重超标，达到了2 000 ppm，H2也达到了160 ppm。通过XDK-03吸附处理后，其超标指标已经下降到正常运行范围，达到稳定安全运行的标准。其具体检测数据如表4所示。

3.4 政平换流站吸附降介损处理

西安西电政平换流站变压器中36 t废油部分指标已经超标，介损、酸值较高，水分也超出了变压器正常运行标准。经过孝感公司配套的成套设备以及研制的XDK吸附剂的循环吸附处理，在处理48 h后，36 t废油介损从原来的4.8%下降到0.36%，击穿电压从38上升到65，微水值从49下降到10，达到了变压器油正常运行标准。

4 试验结果与分析

4.1 试验结果

根据废旧变压器油吸附前后油值的不同记录，进行分析，具体实验结果见表3和表4。

表3 香港废旧变压器油吸附前后试验数据Table 3 Hong Kong waste transformer oil before and adsorption test data

表4 云梦大展钢厂变压器油吸附前后试验数据Table 4 Yunmeng exhibition steel plant transformer oil before and after adsorption test data

4.2 试验分析

从表3和表4看出：XDK-03吸附剂在对香港变压器油和国内变压器油具有显著吸附效果，吸附处理之后的水分、击穿电压、介损方面有更近一步降低。其他指标也没有降低，表明吸附无副作用。

5 结语

通过“油监一点通”的建立，可以对不同变电站新旧油桶进行在线监测，通过开发移动手机APP，可以根据权限浏览各个变电站油桶当前液位示意图和历史数值，并可自定义液位上、下限报警值，方便工作人员实时对变压器油的管控。

通过新一代XDK吸附剂的研制及某行政区试验处理，再次证明XDK吸附剂对变压器油有效的再生能力，提高了油品的各项性能指标，某些吸附后指标甚至更优于新油指标，提高了主变运行的安全性和稳定性。

通过多次对纳米铜活性炭脱硫吸附剂的脱硫测试以及现场彭湾脱硫吸附试验，证明纳米铜活性炭脱硫吸附剂在脱硫效果上明显优于未改性的活性炭，通过深度吸附变压器油中硫和异类化学键，使得变压器油更为纯净无腐蚀性，提高电力系统运行安全。

本文提出现场变压器油再生利用研究内容，研究了变压器油脱硫吸附剂和特高压变压器油处理等技术，研发应用实践证明，弥补了国内滤油机不能降低介损，不能脱硫的缺陷，具有很好的推广使用价值。通过研发推广废旧变压器油分类收集再利用关键技术及其成套设备，处理政平换流站、大展钢厂变压器油，现场更便捷高效，适用云梦、彭湾等各类劣化油，时间短，介损降幅大，优势明显。建议各地市供电公司利用APP加强废旧油回收，避免环境污染，增加企业经济效益。

（References）

[1]李新生.新型吸附剂接触精制再生劣化变压器油的试验[J].热力发电,1985(04):27-30.LI Xinsheng.Experiment on refining detergent trans⁃former oil by new adsorbent contact refining[J].Ther⁃mal Power Generation,1985(04):27-30.

[2]谢聚良.废油再生高效吸附剂的试验研究及应用[J].节能,1988(08):29-32.XIE Juliang.Experimental study and application of high efficiency adsorbent for regeneration of waste oil [J].Energy Conservation,1988(08):29-32.

[3]任乔林,张坚冰,吴绍明,等.XDK系列高效吸附剂的研制及其应用研究[J].变压器,1998(10):37-39.REN Qiaolin,ZHANG Jianbing,WU Shaoming,et al.Development and application of XDK series super adsorbent[J].Transformer,1998(10):37-39.

[4]国家能源局.DL/T 429.6—2015电力用油开口杯老化测定法[S].北京:中国电力出版社,2016.National Energy Administration.DL/T 429.6—2015 Determination of open cup ageing of power oil[S].Beijing:China Electric Power Press,2016.

Study on the Collection and Recycling Technology of Waste Transformer Oil

REN Qiao-Lin1,XIAO Sa1,TANG Ying-Chun1,HUANG Dan-Li1, XIAO Ya-ping1,DENG hua2,JIANG Tao2
(1.State Grid Hubei Electric Power Company Xiaogan power supply company，Xiaogan Hubei432100,China；2.Xiaogan City Light Source Power Group Co.Ltd,Xiaogan Hubei432000,China)

Focused on the main problems of degraded transformer oil adsorption treatment in Chi⁃na,the waste oil classification and processing center of waste transformer oil is established and the application of APP in mobile phone is developed to monitor the location of oil drum and the oil po⁃sition in real time.New materials including adsorbent of XDK series and nano-copper activated car⁃bon desulfurizer are developed.The regeneration and reuse technology of adsorbent itself has been developed,and a complete set of equipment for adsorption and filtration of oil has been developed.Therefore,the oil adsorption treatment of the transformer is more environment-friendly,economical, efficient and practical,and the scavenging of the active radical and the aging molecule in the regen⁃erated oil product is more thorough.In the process of reuse,the key indicators including dielectric loss factor do not rebound,to make the regenerated oil more durable.

classification collection;transformer oil;environmental protection;ageing；adsorption

TM411

A

1006-3986(2017)04-0020-05

2017-03-05

任乔林（1969），男，湖北武汉人，硕士研究生，高级工程师。

10.19308/j.hep.2017.04.005