变压器油,工业白油,抗磨液压油专业厂家—淄博勤润

1变压器绝缘油的研发历程
矿物油是最早使用的变压器油，主要从石油中提取，由多种碳氢化合物组成，具有绝缘性能强、价格低廉等优点。早期的矿物油主要以石蜡油为基 油，由于石蜡油的倾点较高，因此自 1925 年开始环烷基油逐步取代了石蜡基油。矿物油的闪点普遍 较低，当变压器内部出现过热故障时，容易燃烧从 而造成事故，这使其在对可靠性要求较高的场合下 应用时面临较大挑战。同时，矿物油的自然降解能力差，一旦发生泄漏，将在自然界中留存极长时间，严重污染环境。尽管矿物油目前仍是变压器油的主要选择，但已有学者开始研究新型绝缘油以 替代矿物油，目前以天然酯和合成酯这两类为主。
天然酯又称为植物油， 从天然油料作物中提取，并通过一系列改良工艺制成，其主要成分是甘油三酯。自20世纪七十年代开始，花生油、大豆油、菜籽油等植物油作为电容器的绝缘介质开始被关注。但直到1999 年，由ABB公司研发的第一款商用植物绝缘油BIOTEMP才得以问世，其基础油制备使用了氢化工艺，作为原料的种子也使用了基因工程进行筛选优化。同年，另一款以大豆油为 基础油的绝缘油被Warerly Light＆Power公司研发并申请专利。2000 年，美国的Industries公司研发了Envirotemp FR3并获得专利。目前国际上主要应用的植物绝缘油产品是BIOTEMP、Envirotemp FR3和MIDEL eN。综合来看，植物绝缘油具有优异的介电性能、不错的水溶性、高闪点等优势，能 与绝缘纸配合形成相对均匀的电场分布，也具有一定的消防安全性。同时，尽管植物绝缘油的导热系 数良好，但运动黏度较大，故植物绝缘油的散热性能并不理想。另外，植物绝缘油分子中的不饱和双键让它很容易氧化，使用寿命不如矿物油。绝缘油的研发历程如图1所示。
考虑上述矿物油和植物油的优劣，国内外学者开始通过化学手段人工合成酯类绝缘油，即合成酯。合成酯通常为多元醇与酸通过酯化反应得到多元醇酯，其中多元醇类包括新戊二醇、三羟甲基丙烷、季戊四醇、双季戊四醇等，相关产品如MIDEL生产的季戊四醇酯绝缘油MIDEL7131、磷酸酯抗燃油等。通过控制单官能酸、双官能酸和三官能酸的比例，可以优化合成酯的粘度和氧化稳定性。由于可以控制原料成分以避免β-H与C=C双键的影响，通常合成酯比天然酯有更好的热稳定性与抗氧化性能，故可以应用于更严峻的环境。但由于新油研发难度大、周期长，且生产成本较高，导致目前合成酯的实际 应用较少。
2变压器油的关键性能
为了评估和研发新型绝缘油，首先需要从变压器油的关键性能出发，明确在研发新油过程中需要 重点关注的技术要求。从确保变压器长期可靠性和 环保性等角度来看，变压器油的关键性能主要包括绝缘性能、酸度、降解性能、散热性能等方面。
2.1绝缘性能
绝缘油在变压器内部长期经受电场的作用，因 此，绝缘油的击穿电压是重要绝缘性能参数， 绝缘油的击穿机理仍没有定论。针对绝缘油击穿的 研究，目前主要是通过试验获得绝缘油击穿电压、电流、高速摄像图片等，分析放电时的各种物理过程，进而解释各种因素的影响机理。重庆大学沈显 锋借助超高速摄像机拍摄了绝缘油中放电过程，认 为碰撞电离和光电离均是油中击穿的重要因素。 西安交通大学邢亚东研究了矿物油、天然酯、合成 酯在针板电极下的放电及产气特征，认为酯类绝缘 油的放电脉冲幅值较高，释放能量较大，且放电气较多。Technical University of Lodz 的P. Rozga 研究了流注发展在天然酯绝缘油和矿物油中差异， 发现不同绝缘油在起始电压下的放电特性均相同， 但在后续的发展中，天然酯相比矿物油更容易发展进入第三模式快流注（the fast，3rd mode）。
尽管试验能更真实地反映绝缘油的放电过程，但随着各种绝缘油的开发以及不同添加方案的发 展，采用试验逐一研究显然不太现实。因此近年 来，基于分子动力学或流体动力学计算模拟绝缘油 的放电过程，提炼表征绝缘性能的微观特征参数， 成为热门方向。重庆大学陈刚引入载流子密度激增 项，考虑纳米粒子极性效应和纸板屏障效应，建立了天然酯多分支流注放电模型，较好地反映了天然 酯的流注击穿过程。广西大学郑含博计算模拟了雷电冲击电压下天然酯间隙放电，发现天然酯与矿 物油的击穿特性不同，其流注模式的转换与高电离 能分子电离有关。广州供电局电力试验研究院研究了棕榈脂肪酸酯（PFAE）、大豆基绝缘油（FR3）和油菜籽绝缘油（RDB）的电离势（IP）和电子亲和势（EA）对流注发展的影响，计算表明，PFAE 的IP远高于其他两种油，而EA 则较低，且PFAE 的流注发展过程也远快于FR3 和RDB。通过仿真计算提炼出关键微观参数，能快速比较不同绝缘油或添 加方案在绝缘性能上的差异。然而，仿真模拟对计算机运算能力要求高，且模型的适用范围有限。因此，需要进一步改进模型，在减少计算量的同时不影响模型精度，并提升模型的适用范围。
2.2酸度
酸度描述了绝缘油电离出H+的能力。过高的酸 值不仅容易腐蚀设备，而且会影响油的绝缘强度和介电性能，降低绝缘性能。通常在改良工艺中使用稀碱溶液进行洗涤，以改善绝缘油的酸度。目前针对绝缘油酸度的研究较少，往往在绝缘油含水时才会考虑酸对油的影响。三峡大学张涛通过分子动力学方法计算了甲酸分子在不同温度及不同 含水量矿物油中的扩散系数，发现在水分含量上升的情况下甲酸分子的扩散系数并未增加，反而会影 响酸在矿物油中的分布。
2.3降解性能
随着绿色环保理念的普及，可降解成为目前绝缘油的一个重要指标。绝缘油在进入土壤后，主要通过3种自然途径进行转化：挥发、降解和自氧化。其中，降解又分为生物降解、光解和机械降解 等， 生物降解是绝缘油降解的主要方式。天然酯绝缘油具有高降解率优势，现阶段关于天然 酯降解的研究不多，主要集中在矿物油上，通过脉 冲放电、添加催化剂等方法实现矿物油的高效降解。目前，添加g-C3N4/TiO2复合催化剂的矿物 油在特定条件下的降解率可达77.67%，具有很好的研究前景。
天然酯绝缘油目前主要由大豆油、菜籽油等食用油提炼而成。作为多种甘油三酯的混合物，它们 含有大量不饱和碳碳双键和β-H，其氧化反应服从 自由基链式反应理论，这使得它们比矿物油更容易 被氧化，使用寿命更短，这也是限制天然酯绝缘油 使用的主要难点之一。云南电科院周年荣基于分子动力学仿真方法研究了大豆油的热氧化过程，认 为棕榈酸、油酸、亚油酸3种物质在热氧化中的抗氧化性依次降低，且C=C双键和O=C-H 酯基是氧化初期发生反应的主要物质。目前，针对绝缘油氧化的问题，主要解决方案是添加抗氧化剂。另外，提高变压器的密封能力从而减少绝缘油与外界的接触也是一种解决思路。
除了自然降解和氧化外，绝缘油在变压器内部 电场、热场等多因素耦合作用下，还会发生老化， 绝缘纸、绝缘油中酸、微水、纳米改性剂等可能会进一步促进绝缘油的老化。老化是导致绝缘油的绝 缘性能降低的主要因素。目前一般是通过在线监测装置采集绝缘油状态数据，以油中溶解气体等特征量判断绝缘油老化程度。
2.4 散热性能
绝缘油的另一个重要作用是散热，通过循环流动的方式把变压器内部的热量传导出去。由于散热性能同外部冷却介质、变压器结构及额定功率 等各方面因素有关，因此仅考虑绝缘油的热学参数 只能挖掘该材料自身散热的潜力，通常研究绝缘油散热性能的主要方法是温升试验，结合具体的变压 器结构、外部环境分析变压器绝缘油的温度分布。天然酯绝缘油运动黏度较大，所以散热能力较矿物 油差，但天然酯绝缘油具有较高的热导率，有利于热量的传递，能在一定程度上弥补黏度大造成的缺陷。此外，在电力设备正常运行温度时天然酯绝缘油的运动黏度下降，与矿物绝缘油相比二者散热性能差异将缩小。