变压器,即利用电磁感应原理变化交流电压、不改变电源频率的 电能转换器,是用作升、降电压、 转换电能,或作系统隔离、匹配阻 抗等功能的装置设备[1]。随着全球 能源转型进程的推进,电动汽车、 人工智能及数据中心建设、绿氢、非碳供暖、制造业发展等都将驱动 全球电力需求的进一步增长,低碳、 可再生能源电力投资规模占据主导 地位,对输配电基础设施的需求巨大[2]。
当前全球变压器市场正迎来 一个快速增长期,市场呈现供不应 求态势[3]。我国向海外市场的变压 器出口量正快速增长,2024年1~3月,我国变压器总出口额达到89.2亿元,同比增长31%[4]。电力、变压器需求的提升,将带来配套变压器油的旺盛需求。
对于矿物型变压器油,国际上通用的标准主要是2个,国际电工委员会的IEC 60296《电工流体变
压器和开关用的未使用过的矿物绝 缘油》(最新版是2020年6月发布的第5版,即 IEC 60296:2020) 以及美国材料与试验协会的ASTM D3487《用于电气设备中的矿物绝 缘油》(最新版为ASTMD3487- 2024)。以这2个标准为基础,各国及知名变压器OEM (原始设备制 造商)制定出相应的标准[5同。我国 现行的标准是GB 2536—2011《电工流体变压器和开关用的未使用 国的矿物绝缘油》(修改采用IEC 60296:2003,2012年6月1日实施)。要满足国际市场的用油需求, 相关产品须同时符合IEC 60296:2020 和ASTM D3487—2024标准。
变压器油的析气性,是指这一 油品在一定温度、有气体存在条件 下受电应力作用而放出气体(或吸 收气体)的特性。这一概念的提出,来自于电容器、电缆等密封电 器使用的绝缘油,其在操作过电压
作用下生成游离气泡(H、CH等),随着气泡的增大,放电的危害亦增大,甚至导致事故,故希望油品有较好的析气性能,能够少放气甚至 把气泡吸收。更高温度、电压下,油品的吸气、放气倾向有加大的趋 势[7]。
随着电器设备向高压、超高压方向发展,对超高压变压器用油的研究更为深入,析气性指标一度受 到重视。ASTM3487-82标准中正式提出了析气性要求(该标准首版 76版中,将这一指标列于补充资料),要求矿物绝缘油的析气速度不大于+30uL/min(H2,ASTM D2300 B法)或不大于+15nL/min (N2,ASTM D2300 A 法)。
上世纪70—80年代,随着我国工业化建设的进行,我国输电技术向500kV级超高压方向发展。1984年, 国内即以低硫石蜡基华北原油为原 料开展了 -25号超高压变压器油的试制,在试制技术条件中,将析 气性指标定为“吸氢性”(ASTM D2300B法,不大于5uL/min)。 我国石化行业标准SH 0040—91《超高压变压器油》(1992年7月1日实施,现已作废)中,要求析气性 不大于5uL/min(GB/T11142,参照采用ASTM D2300-81B 法)。
在最新的 IEC 60296:2020及ASTM D3487—2024标准中, 对析气性的要求有差别:ASTM D3487-2024将析气性限定为不大于+30uL/min,而 IEC 60296:2020为无通用要求(由变压器油使 用者与生产商协商)。我国现行国 标GB 2536—2011对析气性亦无
通用要求。从IEC 60296和ASTM D3487两大标准的最新版本要求看, 其对析气性的要求与之前相比相对 宽松,仅ASTM D3487做了明确 要求。
变压器油作为一种长寿命,乃 至与设备同寿命(所谓"终身寿命”)的油品,需具备优异的氧化安 定性,但有时也需要满足析气性要 求,而析气性与氧化安定性两者存 在矛盾油品芳烃含量(受精制 工艺的影响)越高,吸气性能越好, 而氧化诱导期也越差,这要求在油 品中加入额外的抗氧化剂。对抗氧化剂含量、种类的限制,OEM设备设计对负析气性的要求,对低析气性变压器油的开发提出了 挑战。
变压器油组分中,链烷烃析气性较差,易析氢,环烷烃析气性适中,而芳烃的析气性良好。过去曾认为,环烷基油具有较好的低温流动性,环烷烃含量高,芳烃含量适 中,油泥溶解性好,在具有析气性、 低倾点要求的超高压变压器油的应用上,与石蜡基油相比具有优势。但随着加氢技术的应用,不同原油炼制的变压器油基础油的烃类组成 差异缩小,性能得到改善。加氢变压器油基础油倾点可低于-45℃,环烷烃含量高,链烷烃、芳烃含量低, 具有良好的氧化安定性(旋转氧弹值375 min),可作为变压器油的理想原料。以优质石蜡基基础油为原料,通过添加具备良好性能的抗析气组分及抗氧剂,可调制出具备良好析气性能(<5uL/min)、氧化安定性的低倾点变压器油。
本文采用中石化加氢基础油为原料,添加合适的抗析气组分和抗 氧化剂,研制出析气性及各项性能 满足ASTM D3487-24标准要求,且同时满足IEC 60296:2020标准要求的变压器油。