Применение хромато-масс спектрометрии для определения кислотного состава трансформаторного масла

В настоящей статье приведены результаты исследования кислотного состава трансформаторного масла из высоковольтных трансформаторов, эксплуатируемых более 30 лет. Кислотный состав масел изучен с помощью новой методики, базирующейся на высокочувствительном и высокоселективном методе анализа — газовая хроматография с масс-селективным детектором (хромато-масс спектрометрии). Методика позволила определить кислотный состав изоляционного масла в разрезе низкомолекулярные кислоты (НМК), высокомолекулярные кислоты (ВМК) и фенольные соединения (ФС). Приведена структура некоторых соединений, идентифицированных в масле. Установлено, что при старении масла из числа кислотных соединений преимущественно образуются: ВМК (60–95 %) > ФС (3–16 %) > НМК (1–6 %). В рамках проведенных исследований установлено, что доля наиболее опасных низкомолекулярных кислот от общего количества кислотных соединений составляет не более 6 %. Остальная кислотность масла обусловлена наличием высокомолекулярных и фенольных соединений, которые не оказывают отрицательного влияния на изоляционные свойства масла и бумаги в обнаруженных концентрациях, а некоторые из них (соединения фенольной природы), наоборот, даже улучшают стабильность против окисления. Данные расширенные испытания проб масла из действующего высоковольтного оборудования представляют практическую ценность в превентивной диагностике состояния его изоляции.

1. Липштейн Р. А., Шахнович М. И. Трансформаторное масло. 3-е изд., перераб. и доп. Москва: Энергоатомиздат, 1983. 296 с.

2. Черножуков Н. И., Крейн С. Э., Лосиков Б. В. Химия минеральных масел. 2-е изд., перераб. Москва: ГНТИНГТЛ, 1959. 417 с.

3. Иванов К. И. Промежуточные продукты и промежуточные реакции автоокисления углеводородов. Москва-Ленинград: Гостоптехиздат, 1949. 192 с.

4. Джуварлы Ч. М., Иванов К. И., Курлин М. В. [и др.]. Электроизоляционные масла. Москва: ГНТИ Нефтяной и горно-топливной литературы, 1963. 276 с.

5. Lundgaard L. E., Hansen W., Ingebrigtsen S. Ageing of Mineral Oil Impregnated Cellulose by Acid Catalysis // EEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation. 2008. Vol. 15 (2). P. 540–546. DOI: 10.1109/TDEI.2008.4483475.

6. Lundgaard L. E., Hansen W., Ingebrigtsen S. [et al.]. Aging of Kraft paper by acid catalyzed hydrolysis // EEE International Conference on Dielectric Liquids. 2005. P. 381–384. DOI: 10.1109/ICDL.2005.1490105.

7. Lundgaard L. E., Hansen W., Linhjell D. [et al.]. Aging of oil-impregnated paper in power transformers // IEEE Transactions on Power Delivery. 2004. Vol. 19 (1). P. 230–239. DOI:10.1109/TPWRD.2003.820175.

8. CIGRE Broshure 323. Ageing of cellulose in mineral-oil insulated transformers, Task Force D1.01.10. 2007. 87 p. ISBN 978-2-85873-018-6.

9. Martin D., Wijaya J., Lelekakis N. Thermal analysis of two transformers filled with different oils // IEEE Electrical Insulation Magazine. 2014. Vol. 30 (1). P. 39–45. DOI: 10.1109/MEI.2014.6701106.

10. Fofana I., Bouaicha A., Farzaneh M. [et al.]. Ageing Behaviour of Mineral Oil and Ester Liquids: a Comparative Study // Annual report of IEEE conference on Electrical Insulation and Dielectric Phenomena. Quebec, QC. 2008. P. 87–90.

11. Fofana I., Bouaicha A., Farzaneh M. [et al.]. Decay products in the liquid insulation of power transformers // IET Electric Power Applications. 2010. Vol. 4 (3). P. 177–184. DOI: 10.1049/iet-epa.2009.0181.

12. Heathcote M. J. Basic Materials in J & P Transformer Book: A Practical Technology of the Power Transformer. 13th ed. Oxford: Elsevier, 2007. 958 p. ISBN 9780750681643.

13. Hodges P. K. Mineral base oils and oxidation stability. Hydraulic Fluids. Oxford: Elsevier, 1996. 167 p. ISBN 0-340-67652-3, 0-470-23617-5.

14. Jalbert J., Rodriguez-Celis E. M., Arroyo-Fernández O. H. [et al.]. Methanol Marker for the Detection of Insulating Paper Degradation in Transformer Insulating Oil // Energies. 2019. Vol. 12. 3969. DOI: 10.3390/en12203969.

15. ГОСТ 5985-79. Нефтепродукты. Метод определения кислотности и кислотного числа (с Изменениями № 1, 2). Введ. 1980-01-01. Москва: Изд-во стандартов, 1994. 8 с.

16. ГОСТ Р МЭК 62021-1-2013. Жидкости изоляционные. Определение кислотности. Часть 1. Метод автоматического потенциометрического титрования. Введ. 2014-01-01. Москва: Стандартинформ, 2014. 12 с.

17. Lyutikova M. N., Nekhoroshev S. V., Kuklina V. M. [et al.]. Identification of Impurities of Unknown Composition in Insulating Oil by Gas Chromatography-Mass Spectrometry (GC-MS) // Power Technology and Engineering. 2020. Vol. 54, № 4. P. 594– 599. DOI: 10.1007/s10749-020-01257-0.

18. Sparkman D. O., Penton Z. E., Kitson F. G. Chromatography and Mass Spectrometry. 2nd ed. Oxford: Gas Elsevier Inc., 2011. 632 p.

19. Kitson F. G., Larsen B. S., VcEwen C. N. Gas chromatography and mass spectrometry. A practical guide. Oxford: Academic press, 2002. 389 p.

20. Рогинский В. А. Фенольные антиоксиданты. Реакционная способность и эффективность. Москва: Наука, 1988. 247 с.

21. Кулиев А. М. Химия и технология присадок к маслам и топливам. 2-е изд., перераб. Ленинград: Химия, 1985. 312 с.

22. Jakubczyk M., Michalkiewicz S. Electrochemical behavior of butylated hydroxyanisole and butylated hydroxytoluene in acetic solutions and their voltammetric determination in pharmaceutical preparations // Int. J. Electrochem. Sci. 2018. № 13. P. 4251–4266.