变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

目前变压器的绝缘液多为矿物绝缘油（变压器油），但矿物绝缘油是不可再生、难以生物降解、环保和防火安全性能差。天然酯绝缘油亦称为植物绝缘油，其安全性高、环境友好、耐热等级高、可延长变压器绝缘寿命，电气性能也与矿物绝缘油相近，完全可以代替变压器用矿物绝缘油。天然酯绝缘油变压器采用天然酯绝缘油作为绝缘介质，比矿物绝缘油变压器环保性能良好、防火安全性能更高、过载性能更强。随着环保和防火要求的不断提高，天然酯绝缘油变压器技术在不断提高，制造成本在不断降低，其市场竞争力会不断增强，应用会更加广泛。天然酯绝缘油变压器的研究和应用越来越多，有很多方面需要进行更深层次的研究，需要积累更多的 经验和运维数据。
1 天然酯绝缘油变压器的研制历程与工程应用
1.1 天然酯绝缘油变压器的研制历程
1858年研制出亚麻籽油电缆。1996 年美国研制出首台天然酯绝缘油变压器。2009年日本研制出首台棕榈油天然酯绝缘油变压器。2013年德国研制出首台 420kV 天然酯绝缘油变压器[1]， 我国于2007年研制出天然酯绝缘油配电变压器。2016年研制出 66kV 天然酯绝缘油变压器。2017年研制出 110kV 天然酯绝缘油变压器。2019年研制出 220kV 天然酯绝缘油变压器。2020年研制出 330kV 天然酯绝缘油变压器。2022年研制出世界首台 500kV 和世界首台 750kV 天然酯绝缘油变压器。
1.2 天然酯绝缘油变压器工程应用及其效果
1.2.1 国外应用情况。天然酯绝缘油变压器在国外已应用20多年。据统计，投运数量超过200万台，主要集中在北美洲和欧洲，在配电变压器领域已有非常广泛且成熟的应用，如应用于电网、发电厂、新能源、石化、轨道交通、工矿企业和商业建筑等诸多领域[2]。66kV 及以上电压等级的天然酯绝缘油变压器投运数量有近千台。具体应用案例有：2008年德国电力公司投运 107kV 天然酯绝缘油变压器。2008年巴西电网投运 220kV 天然酯绝缘油变压器和 245kV 天然酯绝缘油电抗器。2014年德国投运 420kV 天然酯绝缘油变压器。2016年国内生产 66kV 天然酯绝缘油在新加坡地铁投运。2017年意大利投运 420kV 天然酯绝缘油变压器。2018年国内生产的 132kV 天然酯绝缘油变压器在澳大利亚投运。
1.2.2 国内应用情况。国内天然酯绝缘油变压器的研制及应用工作始于2007年，已有十多年的应用历史，制造并投运的数量有4000多台，其中多为配电变压器，中大型变压器数量较少。具体应用案例有：2017年延安黄河引水工程采用22台 35kV 天然酯绝缘油变压器作为水源地环保示范工程。2017年广州某商业大楼采用 10kV 天然酯绝缘油变压器替换干式变压器。2017年采用FR3油生产的整流用天然酯绝缘油变压器应用于工矿企业中。2017年国产首台 110kV 天然酯绝缘油变压器在广州投运。2018年国内生产的 110kV 天然酯绝缘油变压器应用于车载移动式变电站。2019年国内生产的 110kV 天然酯绝缘油变压器在山东投运。2020年国内首台地下变电站用 110kV 天然酯绝缘油变压器在宁波投运。2021年国产首台 220kV 天然酯绝缘油变压器在广州投运。2023年国产世界首台500kV天然酯绝缘油变压器在广州投运。
1.2.3 应用效果。水源地选用天然酯绝缘油配电变压器，可以提高环保水平。商业大楼选用天然酯绝缘油配电变压器，既满足户内建筑对变压器的防火性能要求，也满足了大负荷的要求。地下变电站选用天然酯绝缘油变压器既解决了SF6气体绝缘变压器的环保问题，也解决了矿物绝缘油变压器应用于地下变电站的防火安全性问题。天然酯绝缘油变压器总体运行良好，安全环保。
2 天然酯绝缘油变压器的设计制造难点
2.1 天然酯绝缘油的理化性能
绝缘油常用于变压器、电抗器、断路器等电力设备中，主要作用是绝缘、散热和灭弧。常见的绝缘油有矿物绝缘油（变压器油、电容器油等）、合成绝缘油（硅油、合成酯等）、天然酯绝缘油（大豆油、棕榈油等）。
天然酯绝缘油通常是从植物的种子中提取出的用于变压器等电气设备中的植物油。天然酯绝缘油的主要成分为甘油三酯，是一种环保绝缘油，可生物降解。市场上的天然酯绝缘油大多是将大豆油或棕榈油等植物油通过精炼处理，并针对天然酯绝缘油容易被氧化、凝点较高、运动粘度较大、酸值较高等问题，添加适量的抗氧化剂和降凝剂等添加剂，改良其性能，使其满足标准规定的性能要求。天然酯绝缘油的电气强度与矿物绝缘油相当，比矿物绝缘油更环保、防火性能更高、耐热等级更高，但在抗氧化、抗低温和散热性能方面不如矿物绝缘油[3]。
2.2 天然酯绝缘油变压器的设计难点
天然酯绝缘油变压器与矿物绝缘油变压器的结构基本相同，由于天然酯绝缘油与矿物绝缘油的性能不同，因此进行天然酯绝缘油变压器设计时，还应重点考虑以下几个方面。
2.2.1 天然酯绝缘油更易吸潮。相比于矿物油，天然酯油更易吸潮，因此天然酯绝缘油变压器须设计成全密封结构，并且注油时宜采用真空注油方式，减少进入变压器器身的水分，保证油中含水量合格，进而保证变压器的整体绝缘性能。
2.2.2 天然酯绝缘油运动粘度更大，不利于绕组散热。对比试验结果：天然酯绝缘油变压器与相同参数及结构的矿物绝缘油变压器相比，在容量为1MVA及以下时，温升高 1℃ 左右；在容量为 1～5MVA 时，温升高约 2～4℃ ；容量为 5～10MVA 时，温升高约 4～7℃ 。因此，设计小容量天然酯绝缘油变压器时，可以不必考虑对散热的影响。但当设计大容量天然酯绝缘油变压器时，应对绕组的油道结构进行优化设计，增大散热面积，以保证变压器的温升合格。
2.2.3 天然酯绝缘油介电常数更大。常规矿物绝缘油的介电常数约为2.2，天然酯绝缘油的介电常数约为3.2，与绝缘纸的介电常数（3～4）更为接近，使变压器中的电场分布更均匀合理。因而，在进行大容量天然酯绝缘油变压器设计时，发挥介电常数近似的优点，优化其主纵绝缘结构，使变压器的绝缘结构更加合理。
2.2.4 天然酯绝缘油燃点更高。常规矿物变压器油的燃点约为 170℃ ，而天然酯绝缘油则高达 360℃ 左右。所以，在进行天然酯绝缘油变压器设计时，可以选用耐热等级更高的绝缘材料，也可以设计成多种耐热等级绝缘材料混合使用的结构，提高天然酯绝缘油变压器的绝缘耐热等级，充分发挥天然酯绝缘油燃点高的优势，以适应多样化的客户需求[4]。
2.3 天然酯绝缘油变压器的制造难点
2.3.1 装配和安装过程中的防潮工艺。变压器在总装配或现场安装过程中，器身可能会暴露在空气中一段时间，此时空气中的水分会进入器身绝缘中，影响绝缘性能。天然酯绝缘油比变压器油的吸湿性更强，更容易吸附绝缘件中的水分或在注油过程中吸附空气中的水分，造成油中含水量升高。因此，在注油时应采用真空注油方式，去除绝缘件表面的水分，并防止空气中的水分进入天然酯绝缘油中，保证变压器的绝缘性能。相关试验表明，天然酯绝缘油随着接触空气的时间增加，其含水量也不断增长。在敞开放置 24h 内，天然酯绝缘油的介质损耗因数和工频击穿电压变化不大，无明显下降，因此，建议天然酯绝缘油变压器敞开检查的时间不宜超过 24h 。
2.3.2 绝缘件浸油工艺。绝缘油对绝缘材料的浸渍速度与绝缘材料的密度、绝缘油的运动粘度以及浸渍温度等因素有关。因天然酯绝缘油比变压器油的运动黏度大，故其浸渍速度相对较慢。试验表明：浸渍温度较高时浸渍速度要快很多；绝缘纸板在25℃的变压器油中的浸渍速度与在 60℃ 的天然酯绝缘油中的浸渍速度相近；而在油温同为 60℃ 时，绝缘纸板在变压器油中的浸渍速度约为在天然酯绝缘油中的1.5倍。因此，天然酯绝缘油变压器在生产制造、出厂试验等环节，应增加变压器的静置时间，保证浸渍效果。天然酯绝缘油变压器电压等级越高，需静置的时间越长，35kV 以下电压等级 ≥24 h，35kV 电压等级 ≥48h，66kV 和 110kV 电压等级 ≥60h，220kV 电压等级 ≥72h[5]。
3 天然酯绝缘油变压器的性能差异
3.1 天然酯绝缘油变压器的试验差异性
3.1.1 绝缘油试验。由于天然酯绝缘油和变压器油的性能存在明显差异，对于绝缘液试验项目，两种绝缘液的试验方法相同，但试验合格标准不同。变压器油应符合《电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》（GB/T2536—2011）和《运行中变压器油质量》（GB/T7595—2017）国家标准的相关规定。天然酯绝缘油则应符合《电力变压器用天然酯绝缘油选用导则》（DL/T1811—2018）和《电工流体变压器及类似电气设备用未使用过的天然酯》（NB/T10199—2019）行业标准的相关规定。天然酯绝缘油变压器在投运后的首月内应进行不少于5次的油样试验，如油的击穿电压快速下降，应对天然酯绝缘油进行滤油处理，如果低于 25kV 则立即停止运行，如果发现油中含有碳化物，应进一步进行吊芯检查。
3.1.2 绝缘电阻试验。大量实测数据表明，天然酯绝缘油变压器绕组间及对地绝缘电阻值、铁芯与夹件间的绝缘电阻值会比矿物绝缘油变压器的绝缘电阻值要低。因此，天然酯绝缘油变压器的绝缘电阻值不宜按矿物绝缘油变压器的标准进行控制，通常可按 ≥300MΩ 控制，同时换算至同一温度下的绝缘电阻值与前期测试数据（如出厂试验数据）相比不应有显著变化。
3.1.3 介质损耗因数测量。因天然酯绝缘油比变压器油的介质损耗因数大，造成天然酯绝缘油变压器的介质损耗因数也相对较大，甚至会翻倍。故不宜按矿物绝缘油变压器的标准进行控制，可按现场交接试验时介质损耗因数与出厂试验值无显著变化（不超出 30% ）进行控制[6]。
3.2 天然酯绝缘油变压器油中产气的差异性
天然酯绝缘油的主要成分是甘油三酯，当油中发生过热性故障或放电性故障时，可使其碳键产生断裂，同时产生氢气、甲烷、乙烷、乙烯及乙炔等故障气体。非故障时也会产出杂散气体和氮气等。
3.2.1 热应力产气。天然酯绝缘油在高温下会产生气体，主要气体为乙烷，次要气体有氢气、甲烷、乙烯。天然酯绝缘油高温下的产气总量比矿物油多2倍以上。
3.2.2 电应力产气。天然酯绝缘油在局部放电故障时，主要产生氢气和乙烷，次要气体有甲烷、乙烯和乙炔。在相同的条件下，在天然酯绝缘油中产生的放电故障气体含量相比变压器油低一个数量级。天然酯绝缘油电弧放电产生的气体主要是乙炔和乙烯，次要气体有甲烷、氢气、乙烷、一氧化碳和二氧化碳。与变压器油相比，天然酯绝缘油中产生的氢气和碳氢化物比例相似，但速率不同。产生碳氧化物的比例和变压器油不同。
3.2.3 绝缘纸热分解产气。绝缘纸热分解会产生大量的一氧化碳和二氧化碳气体，二氧化碳与一氧化碳气体含量的比例可以判断过热的温度，这与矿物绝缘变压器中绝缘纸热分解产气情况相似。
3.2.4 其他气体源。天然酯绝缘油变压器除了内部发生故障产生气体外，还可能来自绝缘油中的杂散气体、绝缘油污染、油箱带油焊接、有载分接开关切换时导致绝缘分解产生的气体和溶于绝缘油中的氮气和氧气等。
3.3 天然酯绝缘油变压器现场运维的差异性
据统计，在全球总共已有200多万台天然酯绝缘油变压器投入运行，主要集中在美国和欧洲地区，国内仅有约4000台在运行，数量较少，因此，天然酯绝缘油变压器的运维经验不足。
天然酯绝缘油变压器的运维工作可以按照国际标准《Guide for Acceptance and Maintenance of Natural Ester Insulating Liquid in Transformers》（IEEE C57.147—2018）和我国中电联团体标准《天然酯绝缘油电力变压器第4部分：运行和维护导则》（T/CEC291.4—2020）的相关规定进行。国标标准组织IEC也已开展天然酯绝缘油运维标准的起草工作，随着天然酯绝缘油变压器的广泛应用，运维经验的不断积累，其相关运维标准将会更加全面，更有利于指导天然酯绝缘油变压器的运维工作。
天然酯绝缘油变压器的运维工作内容与矿物绝缘油变压器基本相同，主要区别是变压器使用的绝缘油不同，绝缘油的性能参数合格标准不同。天然酯绝缘油应执行天然酯绝缘油变压器相关运维标准。因天然酯绝缘油变压器推广应用时间相对较短，数量相对较少，出现的故障相对少，导致相关运维经验和数据不足，运维标准还不完善。现在天然酯绝缘油变压器运维工作的关键是积累运维经验和数据，尽快完善运维标准。
天然酯绝缘油的运动粘度比变压器油大，同时倾点也比变压器油高，其在严寒地区能否正常启动和稳定运行受到质疑。但现在北欧和加拿大等严寒地区已有万余台天然酯绝缘油变压器在稳定运行，证明了其在严寒地区运行的可靠性。尽管如此，相关的理论分析和数据收集工作仍需进一步深入和完善。在我国部分严寒地区，使用45号变压器油的变压器还需要考虑低温启动问题，可见制定变压器低温启动的程序和标准的必要性，其也是今后研究的重点。制定变压器低温启动的程序或标准需要积累大量投运变压器的相关经验和数据，来确定低温启动的温度，选择低温启动的方式等。也可通过变压器低温启动试验获取经验和数据，变压器低温启动试验应在不同温度、一定数量的各类变压器上测试各种低温启动方法（包括外部加热启动法和空载启动法等）。
4 结束语
天然酯绝缘油变压器在国外已得到较为广泛的应用，国内的应用也越来越多。随着社会的不断进步，对环保和安全的要求也越来越高，天然酯绝缘油变压器作为一种新型环保电力设备会越来越受到重视。相关的基础研究、设计技术、生产制造技术、运行维护技术也会不断完善和成熟，成本也会不断降低，天然酯绝缘油变压器将会得到更为广泛的应用。