昆侖電力機(jī)車變壓器油

張綺，馬書杰，于會民，王會娟，張昱， 邊文龍

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心環(huán)烷基油研究所，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國石油潤滑油重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 克拉瑪依 834003；3.中國石油克拉瑪依潤滑油廠，新疆 克拉瑪依 834003)

0 引言

交通運(yùn)輸業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而鐵路運(yùn)輸作為重要的交通手段擔(dān)負(fù)著艱巨的歷史使命。隨著社會進(jìn)步和鐵路發(fā)展，中車機(jī)車經(jīng)歷了從無到有、從弱到強(qiáng)的發(fā)展過程，先后走過了蒸汽時代、內(nèi)燃時代和電力時代三個階段，形成了直流傳動、交流傳動兩大主要平臺。在近十年中國鐵路裝備現(xiàn)代化高速發(fā)展的推動下，中車機(jī)車通過技術(shù)引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新，從以東風(fēng)(DF)系列為代表的內(nèi)燃機(jī)車平臺、韶山(SS)系列為代表的電力機(jī)車平臺、工礦(GK)系列為代表的工礦用機(jī)車平臺，全面發(fā)展至以和諧內(nèi)燃(HXN)和和諧電力(HXD)為代表的大功率交流傳動系列產(chǎn)品。

其中，和諧電力機(jī)車具有功率大、速度快、過載能力強(qiáng)、自身負(fù)重低、牽引力和加速度大、維修量少、能源利用率高以及清潔環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，不僅廣泛用于干線鐵路的運(yùn)營，而且服務(wù)于城市軌道交通中。目前在我國，中車電力機(jī)車已涵蓋HXD1/HXD2/HXD3等3大系列10多個品種。

在電力機(jī)車中，起著重要作用的牽引電傳動系統(tǒng)一般采用交-直-交傳動形式，其牽引設(shè)備主要包括高壓電器、主變壓器和牽引變流器等，而對于電力機(jī)車變壓器用絕緣油，大多使用礦物絕緣油，其質(zhì)量的好壞直接影響整個機(jī)車系統(tǒng)的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益[1]。

1 鐵路牽引變壓器絕緣油標(biāo)準(zhǔn)

在鐵路牽引變壓器中，絕緣油根據(jù)其種類一般分為礦物油、硅油和酯油，酯油還分為合成酯和天然酯，通常用戶根據(jù)鐵路機(jī)車的車型和設(shè)計構(gòu)造來選擇不同的變壓器油。在我國，電力機(jī)車牽引變壓器多選用礦物型環(huán)烷基變壓器油，CRH系列型動車牽引變壓器多選用硅油，中國標(biāo)準(zhǔn)動車組牽引變壓器使用合成酯油。

目前國內(nèi)外鐵路牽引變壓器絕緣油標(biāo)準(zhǔn)有很多，礦物型的有GB 2536-2011《變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》(IEC 60296-2003，MOD)、IEC 60296-2012《變壓器和開關(guān)用未使用絕緣油規(guī)范》、ASTM D3487-2016《電氣設(shè)備用礦物絕緣油標(biāo)準(zhǔn)》；硅油有GB/T 21218-2007《電氣用未使用過的硅絕緣液體》(IEC 60836-2005，IDT)、IEC 60836-2015《電氣用未使用過的硅絕緣液體》、ASTM D4652-05(2012)《電氣絕緣未使用硅絕緣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格》；酯類有IEC 61099-2010《絕緣液體 用于電氣的未使用合成有機(jī)酯規(guī)格》、IEC 62770-2013《電工液體 變壓器及類似電氣設(shè)備未使用的天然酯》、ASTM D6871-2017《電氣設(shè)施中使用的天然(植物油)酯液體標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》，酯類沒有相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。以上標(biāo)準(zhǔn)分別見表1、表2、表3。

表1 礦物型絕緣油標(biāo)準(zhǔn)

表2 硅絕緣油標(biāo)準(zhǔn)

礦物型變壓器油是從石油中提煉，富含環(huán)烷烴、鏈烷烴和少量芳香烴，具有優(yōu)異的電氣性能和抗氧化性能，該類油與硅油和酯油相比較，具有黏度小、閃點(diǎn)低、散熱好、使用過程易處理和價格便宜等特點(diǎn)。硅絕緣油與合成酯油是由化工生產(chǎn)得到，黏度大、閃點(diǎn)高、防火等級高，但價格昂貴。在相同條件下，酯絕緣油介質(zhì)損耗高于礦物油和硅油，體積電阻率低于礦物油和硅油[2]，從環(huán)保性能看合成酯油生物降解率高，礦物油生物降解緩慢，硅油不易降解。天然酯絕緣油的環(huán)保性能更好，但由于該類油黏度更大，傾點(diǎn)更高，其低溫性能和散熱性能不利于鐵路機(jī)車的不同溫度變化的工況，因此在我國鐵路機(jī)車上基本不使用。目前應(yīng)用在我國高速動車組牽引變壓器油多為進(jìn)口品牌的硅油、合成酯油，應(yīng)用在電力機(jī)車上的變壓器油多為中國石油昆侖牌礦物型變壓器油。

2 礦物型電力機(jī)車變壓器油產(chǎn)品性能

我國自1958年研制出第一臺 “韶山1” 電力機(jī)車以來，即從SS1發(fā)展至SS9型，其變壓器油多用25號和45號變壓器油。2007年以后，鐵路部為實(shí)現(xiàn)電力機(jī)車深度國產(chǎn)化，由中國南車株洲電力機(jī)車引進(jìn)消化吸收德國西門子公司先進(jìn)的“歐洲短跑手”系列電力機(jī)車的設(shè)計與制造技術(shù)，向大秦鐵路提供“和諧1”型時速120 km的DJ4(9600 kW、八軸)大功率交流傳動電力機(jī)車，這種大功率電力機(jī)車裝機(jī)用油原采用進(jìn)口變壓器油(Shell Diala DX)，后來被中國石油昆侖牌號KI50DX電力機(jī)車專用變壓器油所替代。KI50DX為礦物型環(huán)烷基變壓器油，質(zhì)量性能符合GB 2536-2011標(biāo)準(zhǔn)中高級別變壓器油，該產(chǎn)品自2008年開始在株洲電機(jī)公司HXD1、HXD1B、HXD1C等機(jī)車牽引變壓器上運(yùn)行，部分變壓器已運(yùn)行10年，運(yùn)行里程達(dá)到200×104km。

近來在國內(nèi)市場上，電力機(jī)車牽引變壓器除了使用中國石油KI50DX/40DX電力機(jī)車變壓器油，大多就是殼牌公司的Shell Diala S3 ZX-I和S4，這兩種產(chǎn)品均滿足IEC 60296-2012指標(biāo)要求，其中S4為殼牌公司新推出的天然氣合成油(GTL)。昆侖KI50DX/40DX變壓器油只滿足國家標(biāo)準(zhǔn)，不滿足IEC 60296-2012標(biāo)準(zhǔn)。

目前，隨著我國鐵路電車技術(shù)的迅猛發(fā)展及出口項(xiàng)目的推進(jìn)，鐵路總公司在采購和諧電力機(jī)車的合同中已開始要求變壓器油質(zhì)量要符合IEC 60296-2012標(biāo)準(zhǔn)要求，電力機(jī)車制造商紛紛提出要求電力機(jī)車專用變壓器油應(yīng)滿足IEC 60296-2012標(biāo)準(zhǔn)。其中，中車大連機(jī)車車輛有限公司隨著電力機(jī)車新產(chǎn)品的國產(chǎn)化，計劃將部分HXD3C型機(jī)車使用符合IEC 60296-2012的電力機(jī)車專用變壓器油代替進(jìn)口Shell Diala S3 ZX-I及S4變壓器油。為了滿足市場需求，實(shí)驗(yàn)室對KI50DX變壓器油進(jìn)行了質(zhì)量升級(Petro 50DX)，并將該實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品送往美國DOBLE公司進(jìn)行評定，其質(zhì)量性質(zhì)及評定結(jié)果見表4。

表4 Petro 50DX電力機(jī)車變壓器油性質(zhì)

表4(續(xù))

從表4碳型分析看，KI50DX、Petro 50DX及Diala S3 ZX-I為環(huán)烷基變壓器油，具有優(yōu)良的電氣性能和低溫性能；Diala S4 ZX-I為天然氣合成油，具有石蠟基油特性，其傾點(diǎn)相對較高。從添加劑含量和氧化安定性結(jié)果看，質(zhì)量升級后的Petro 50DX變壓器油，在調(diào)整基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)及添加劑配方后，其氧化安定性滿足高級別指標(biāo)要求，并且各項(xiàng)性能完全滿足IEC 60296-2012標(biāo)準(zhǔn)I類油高級別指標(biāo)要求，未來可用于中國中車集團(tuán)、大同ABB等電力機(jī)車牽引變壓器用油。

3 結(jié)論

(1)在鐵路牽引變壓器中，絕緣油根據(jù)其種類一般分為礦物油、硅油和合成酯油，通常用戶根據(jù)鐵路機(jī)車的車型和設(shè)計構(gòu)造來選擇不同的變壓器油。目前應(yīng)用在我國高速動車組牽引變壓器油多為進(jìn)口品牌的硅油、合成酯油，應(yīng)用在電力機(jī)車上的變壓器油多為中國石油昆侖牌礦物型電力機(jī)車變壓器油。

(2)電力機(jī)車變壓器油具有優(yōu)異的電氣性能和抗氧化性能，該類油與硅油和酯油相比較，具有黏度小、閃點(diǎn)低、散熱好、使用過程易處理和價格便宜等特點(diǎn)。

(3)為滿足鐵路電力機(jī)車變壓器的使用需要和出口要求，保證鐵路電力機(jī)車的安全運(yùn)行，實(shí)驗(yàn)室對電力機(jī)車變壓器油KI50DX進(jìn)行了質(zhì)量升級，升級后的產(chǎn)品經(jīng)美國DOBLE公司評定，各項(xiàng)性能完全滿足IEC 60296-2012指標(biāo)要求，可用于中國中車集團(tuán)、大同ABB等電力機(jī)車牽引變壓器用油。