變壓器油的制備及其電氣性能試驗(yàn)研究

姚彥文

國(guó)網(wǎng)四川省電力公司檢修公司 四川成都 610000

近些年來，我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展速度飛快，輸變電線路也逐漸向直流輸電方向轉(zhuǎn)變，特高壓與長(zhǎng)線距離的輸電作業(yè)也越來越多。作為變壓器配套的核心材料之一，變壓器油的每年用量也在不斷上漲。在當(dāng)前的變壓器油制備中，常用的制備工藝有兩種，一種是低壓加氫脫酸-糠醛精制-白土補(bǔ)充精制，這是一種較為傳統(tǒng)的工藝；另外一種是加氫處理-加氫補(bǔ)充精制，這是加氫工藝。在我國(guó)制備變壓器的企業(yè)中，中海瀝青與克拉瑪依石化企業(yè)在生產(chǎn)變壓器油時(shí)采用的主要是前者，而上海高橋石化公司生產(chǎn)變壓器油時(shí)采用的主要是后者[1]。兩種制備工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)，但如果使用的制備原料滿足需求，且通過對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行調(diào)整都能夠使產(chǎn)品滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

變壓器的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)受到變壓器油電氣性能的直接影響，通常情況下，在對(duì)變壓器油的電氣性能檢測(cè)中，要求必須滿足介電特性與擊穿性能。其中介電特性指的是變壓器油的介質(zhì)損耗情況以及極化性質(zhì)；擊穿性能指的是雷電影響下的沖擊擊穿以及工頻的擊穿，主要是指絕緣材料能夠承受的雷電沖擊電壓和工頻電壓[2]。在對(duì)變壓器油電氣性能進(jìn)行測(cè)試時(shí)，為了防止絕緣材料受損或取樣困難的問題，此次試驗(yàn)采用的測(cè)量技術(shù)為介電頻譜測(cè)量。中海油企業(yè)中的環(huán)烷基原油資源較多，在變壓器油的制備原料選擇中，考慮以綏中36-1原油的常二線餾分油作為原料，并分別使用2種不同工藝來進(jìn)行變壓器油的制備，具體如下。

1 變壓器油的作用

在油開關(guān)、電抗器、變壓器以及套管等充油電氣設(shè)備中，放入變壓器油有助于起到滅弧、散熱以及絕緣的效果，屬于一種絕緣油品。變壓器油的好壞對(duì)電氣設(shè)備運(yùn)行可靠性有著重要的影響，變壓器油的特性對(duì)于電氣設(shè)備的性能發(fā)揮也起到了重要作用，通常來說，變壓器油的作用包含3種。

（1）絕緣作用。通過使用變壓器油能夠有效隔離不同電位的帶電位置，避免發(fā)生短路。在空氣中，介電常數(shù)為1.0，而在變壓器油中，介電常數(shù)則達(dá)到了2.25，所以相對(duì)于空氣，變壓器油的絕緣強(qiáng)度明顯高很多。如果線圈設(shè)備沒有保護(hù)而暴露在空氣中，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)很容易發(fā)生被擊穿的情況，但增加變壓器油后，就很難被擊穿，并且隨著油品質(zhì)量的提升，變壓器油的絕緣性能也會(huì)變得更加可靠，設(shè)備的安全性也更有保障。

（2）散熱作用。在變壓器正常運(yùn)行過程中，電流穿過線圈時(shí)由于受到電阻影響會(huì)發(fā)生功率損耗情況，而無論是銅芯損耗還是鐵芯損耗都會(huì)產(chǎn)生較多的熱量，如果無法及時(shí)的排除散發(fā)的熱量，隨著熱量的不斷積聚最終會(huì)使得鐵芯內(nèi)部溫度急劇上升，對(duì)線圈外包的絕緣材料造成損害，甚至將線圈燒壞，而變壓器油的使用則能夠?qū)⑸l(fā)的熱量吸收，再通過油的內(nèi)部循環(huán)將熱量排出，有助于設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于大容量的變壓器來說。一般采用的是強(qiáng)油循環(huán)冷卻，這也是變壓的重要功能之一[3]。

（3）滅弧作用。變壓器油除了能起到絕緣與散熱效果外，還能發(fā)揮滅弧的作用。對(duì)于油浸開關(guān)來說，電力負(fù)荷被切斷時(shí)會(huì)有電弧產(chǎn)生，在高溫電弧影響下，如果觸頭得不到冷卻，后續(xù)還會(huì)不斷產(chǎn)生電弧，最終可能導(dǎo)致設(shè)備燒毀。另外過電壓的出現(xiàn)也會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。而變壓器油在受熱時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量氫氣，氫導(dǎo)熱系數(shù)大，很多熱量被吸收并傳遞至油中，讓觸頭得到冷卻，繼而發(fā)揮滅弧的效果。

2 變壓器油的制備工藝

2.1 原料性質(zhì)

將綏中36-1原油的常二線餾分油作為原料，其性質(zhì)明細(xì)具體見表1。

表1 原料油性質(zhì)分析

2.2 工藝分析

如上文所所，常用的制備工藝有兩種，一種是低壓加氫脫酸-糠醛精制-白土補(bǔ)充精制，這是一種較為傳統(tǒng)的工藝；另外一種是加氫處理-加氫補(bǔ)充精制，這是加氫工藝。具體工藝過程如圖1所示。

圖1 變壓器油制備加氫工藝路線

圖2 變壓器油制備傳統(tǒng)工藝路線

2.3 結(jié)果分析

制備變壓器油：

糠醛精制裝置類型制備速度為1kg/h，固定床加氫裝置容量為200mL，使用的加氫補(bǔ)充精制催化劑型號(hào)為FV-10，加氫處理催化劑型號(hào)為L(zhǎng)H23，加氫脫酸催化劑型號(hào)為3936[4]。加氫工藝分為高壓加氫與中壓加氫兩種，在合適的試驗(yàn)條件下，可以得到三種工藝條件下滿足國(guó)標(biāo)的變壓器油性質(zhì)見表2。

表2 不同工藝條件制備變壓器油性質(zhì)分析

3 電氣性能試驗(yàn)

3.1 雷電擊穿性能試驗(yàn)分析

針對(duì)變壓器油來說，擊穿性能檢測(cè)是其主要的性能檢測(cè)方式，一般來說擊穿性能試驗(yàn)指的是雷電擊穿電壓[5-6]。根據(jù)GB/T21222-2007中規(guī)定的測(cè)定方法，來選擇負(fù)脈沖在試驗(yàn)檢測(cè)變壓器油的性能。由于雜質(zhì)濃度在液體使用極限之下，就不需要對(duì)這些雜質(zhì)進(jìn)行特別控制。此次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 不同樣品雷電擊穿性能試驗(yàn)結(jié)果

3.2 介電特性試驗(yàn)分析

變壓器油屬于弱極性電介質(zhì)，在變壓器油分析產(chǎn)生不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)時(shí)，從宏觀上來看與其本身的偶極矩均為0。受到電流影響時(shí)，分析會(huì)朝向外電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)，宏觀上看會(huì)有偶極矩產(chǎn)生，繼而出現(xiàn)電介質(zhì)極化現(xiàn)象，這類變化通過介電頻譜可以看出來。此次介電特性試驗(yàn)采用的介電譜儀型號(hào)為Novcontrol Concept80，在液體池內(nèi)的電極之間將變壓器油倒入，通過采集電壓信號(hào)來進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果見下圖。

圖3 高壓加氫工藝

圖4 中壓加氫工藝

圖5 傳統(tǒng)工藝

圖6 市購環(huán)烷基45#

圖中3、4、5、6分別代表10℃、20℃、50℃、80℃。由上圖可知四種變壓器油介電常數(shù)差異不大，大約為2.0。溫度的上升會(huì)促進(jìn)介電常數(shù)的上升但是隨后會(huì)下降并逐漸平穩(wěn)，最后呈現(xiàn)緩慢下降趨勢(shì)。

4 結(jié)語

以中海油綏中36-1原油的常二線餾分油作為原料，分別采用不同工藝條件得到的變壓器油，都能滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且通過測(cè)試其電氣性能發(fā)現(xiàn)，與市購環(huán)烷基45#變壓器油的雷電擊穿性能與介電特性基本一致。