1、前言
随着国民经济的飞速发展，电网的不断扩建，变压器的需求量不断增大，与之配套的变压器油需求量也日趋上升。我国生产变压器油的主要原料是环烷基和石蜡基原油。由于环烷基油低温性能优越，甚至不需经过繁杂且成本高昂的脱蜡工艺即能生产变压器油，所以长期以来，国内外大都从环烷基原油中炼制变压器油。但环烷基原油是世界上一种稀有资源，仅占原油总量的2%左右。我国的环烷基原油也较为稀少，主要分布在新疆九区、大港羊三木、胜利单家寺和辽河欢喜岭等油区。至今占主导地位仍是石蜡基原油，环烷基变压器油的产量已不能满足市场需求。
近年来，用石蜡基原油生产的变压器油的产量大幅上升，随之而来的是变压器油生产厂家和用户关于石蜡基和环烷基变压器油的性能优劣的争论。笔者将从变压器油的理化性能、电气性能以及抗氧化安定性等方面，分析两种变压器油在性能上的差异，力求用数据， 客观地评述它们的优势和劣势，供读者参考。
2、试验及结果讨论
在本文中，进行变压器油性能比较所采用的是海牌25号变压器油，以及市售的新疆25号环烷基变压器油。海牌25号油为典型的石蜡基变压器油，采用大庆原油炼制。
2.1 油品组成
采用质谱仪对两种变压器油的组成进行分析，分析结果如表 所示。
从质谱的分析结果来看，石蜡基和环烷基变压器油的芳烃含量相近，主要差别是：石蜡基油的链烷烃含量较高，而环烷基油的环烷烃含量较高，特别是三环和四环的环烷烃。
2.2 理化性能
变压器油的理化性能包括外观、 密度、 粘度、 倾点、 闪点及酸值等。 以下重点讨论两种变压器油在密度、粘度、倾点和闪点等性能上的差异。
2.2.1 密度
修订变压器油密度指标的主要考虑是，如果变压器在极低温度下运行或冬季暂时停用时，应能最大限度地防止在油中出现浮冰。浮冰本身并不影响变压器的运行。 但当气温升高时， 浮冰融化后会生成液态水， 如果其流向电极区， 会显著降低击穿电压出现放电的危险。根据文献资料 ，纯净的冰在0℃、1个大气压下的密度为917 kg /m3 ，但实际上会在 880kg /m3—920kg /m3范围内变化。 很显然， 变压器油与浮冰的密度差越大， 越容易控制浮冰的出现。一般要求变压器油在20℃时密度不大于 895kg /m3。表2 列出了两种变压器油的密度值。由于环烷烃比链烷烃具有更高的碳氢比，因此环烷基变压器油的密度更大，相对而言， 更难控制浮冰的出现。
2.2.2 粘度
变压器油必须具有合适的高低温粘度。由于变压器油的主要作用之一是散热冷却，而不是润滑作用，因此变压器油对粘度的要求与其它润滑油有所不同， 要求其高温粘度， 特别是在变压器运行温度下的粘度越小越好（330kV 以下变压器的运行温度一般在 60℃~80℃之间）。这是因为变压器油的粘度与其冷却作用有一定关系。粘度越小， 其流动性越好，越有利于热量传递（由于传热还和密度、 比热等众多因素有关，也有学者认为石蜡基变压器油传热效果比环烷基变压器油还稍好，主要原因是石蜡基变压器油具有更高的粘度指数）。此外，变压器油还应具有较低的低温粘度，以保证变压器油在寒冷的冬季停用后能正常地启动。
表 3 列出了变压器油高低温粘度典型数据。假设两种变压器油在切割馏分时具有相同的 40℃运动粘度，然后根据粘度指数推算其高低温粘度。 石蜡基变压器油的粘温性能较好，其粘度随温度的变化较小，因此石蜡基油与环烷基油相比，高温粘度较大，而低温粘度较小。
2.2.3倾点
倾点在一定程度上反映变压器油的低温性， 可以估计油品使用的低温环境。变压器油标准 GB2536—1990 要求25 号变压器油的倾点不大于-22℃。表 4 列出了两种变压器油倾点的典型数据。 石蜡基变压器油的倾点较高， 原因在于其含有较多的正构烷烃， 即石蜡烃， 在低温下容易结晶， 并形成立体网状结构， 将油包容起来，从而使油品失去流动性；而且，石蜡基变压器油一般通过溶剂脱蜡来降低倾点。 受脱蜡深度的限制，石蜡基变压器油的倾点不可能很低。而环烷基变压器油的石蜡烃含量较低， 甚至不需经过脱蜡其倾点就已很低，这是环烷基变压器油的最大优势。
2.2.4 闪点
闪点是变压器油贮存和使用过程中一项重要安全指标， 变压器油标准 GB2536—1990 要求 25 号变压器油的闪点 （闭） 不小于 140C。表 5 列出了两种变压器油闪点的典型数据。
从表 5 可以看出，石蜡基变压器油的闪点明显高于环烷基， 这并不是偶然出现的。 因为从分子结构上看， 在碳数相同的情况下， 环烷烃的粘度大于正构烷烃， 并且环烷烃的环数越高， 粘度增大幅度越大烃类的粘度如表 6 所示。
因此，环烷基变压器油如要得到与石蜡基变压器油相同的粘度， 就必须选取较轻的馏分。同时， 通过气相色谱对两种变压器油进行模拟蒸馏，其馏程分析结果也能证实这一点。 如表 7 所示， 石蜡基的馏程明显高于环烷基。 馏程低会使闪点降低， 这对于带电运行的变压器来说无疑是一种安全隐患。
2.3 电气性能
作为绝缘介质，电气性能是变压器油最重要的性能指标之一。电气性能主要包括击穿电压和介质损耗因数（以下简称介损）。纯净的变压器油， 其介损很低， 击穿电压较高；但当其中含有水分和其它杂质后，即使其含量很小，也会对变压器油的介损和击穿电压产生较大影响。 因此，击穿电压和介损的高低可用来判断变压器油含水或被其它杂质污染的程度。
对于变压器油新油来说，不论是石蜡基还是环烷基，其绝缘强度、放气性等电气性能都不会因类型不同受很大影响，而主要与生产过程中精制深度有较大关系。精制深度越高，变压器油中含有的水分和杂质越少，电气性能也越好。因此， 不同种类的变压器油，只要精制深度无明显差别， 其电气性能应该差别较小。 表 8 列出两种变压器油电气性能的比较，两者基本相当。
2.4 抗氧化安定性
抗氧化安定性是变压器油最重要的性能之一,这是因为变压器油在变压器中要连续使用很长时间。 有的变压器的油容量可达几十吨， 换油往往会造成很大的损耗，而且油品老化生成的产物如果附着在绝缘件表面，往往会破坏绝缘效果， 导致绝缘性能降低。
为了考虑不同变压器油在电场环境中的抗氧化性能，对其进行变压器油氧化台架试验，其具体试验条件见表 9。
表 10 列出了石蜡基变压器油和环烷基变压器油在我所进行过的历次变压器油台架试验结果。报告结果为从试验开始到油品水溶性酸升高至0.014mg•KOH/g 的时间。从表 10 看出，石蜡基变压器油的台架试验结果明显优于环烷基的，表明石蜡基变压器油具有更优秀的抗氧化安定性，意味着其具有更长的使用寿命。
以上两种变压器油性能综合比较结果如表 11所示。应该说两种变压器油在性能上各有优缺点，简单地强调环烷基或石蜡基是变压器油的最佳选择，既不客观，也不全面。
3、小结
（1）石蜡基变压器油在密度、低温粘度、闪点及抗氧化安定性等方面有优势；环烷基在高温粘度、倾点等方面有优势。
（2）两种变压器油在性能上各有优缺点，不能简单地强调环烷基或石蜡基变压器油哪个是最佳选择。