变压器油

【背景及概况】^[1][2][3]

电力能源一直是社会生产和生活中不可或缺的能源，而由于地理环境、物质资源等客观原因，使得各地区能源分布并不均匀，继而影响到当地生产、经济等发展。中国是世界上人口的国家之一，虽然电力工业发展的如此迅速，缺电、断电的情况依然十分严重。因此，进行超远距离的电能传输就成为了我国能源战略的重中之重。为了改善我国能源、资源储存和用电集中地区分布极不均匀的状况，实现全国电能互通是十分迫切的。变压器是一种静止的电气设备。它利用电磁感应原理，把输入的电压升高或降低为同频率的交流电压输出，以满足高压送电、低压配电及其他用途的需要。现代的工业、农业及科研等部门，广泛采用电力作为能源。而在各种用电设备中，需要不同电压的电源。因此变压器被得到了广泛的应用。如今变压器伴随着现在工厂、大型高层建筑、商务中心、剧院、医院、宾馆、隧道、地铁、地下电站、试验室、车站、码头、机场等重要的场所，为众多的重要场所提供了足够的电力，保证了社会的正常运转。所以说在现在生活中变压器变得越来越重要，已成为我们生活中不开或缺的一部分，一旦变压器出现跳闸、漏电、线路老化等故障时，就会严重的影响到我们的正常生活秩序，所以在变压器的使用期间一定要注意变压器的维护与保养，确保变压器的正常使用以及变压器的安全可靠。当今世界，无论是发达国家还是发展中国家，都不同程度受到变压器安全的困扰。变压器故障通常是伴随着电弧和放电以及剧烈燃烧而发生，随后电力设备即发生短路或其他故障，轻则机器停转，照明设备熄灭，重则引发火灾造成人员伤亡。因此确保变压器安全稳定运行受到了全世界的广泛关注。

变压器油作为变压器内部最主要的绝缘材料，其绝缘性能无疑对变压器乃至整个电力系统的安全运行起到至关重要的作用。早在1887年，矿物油首次被用作变压器油。1931年首次用聚氯联苯作为合成变压器油。1956年硅油开始用作绝缘油。由于矿物变压器油在来源、价格及性能诸方面所占的优势，使它一直占据着变压器油的最重要的地位。变压器油是一种人造的矿物油，它是天然石油经过一系列的蒸馏以及精炼而生产出来的。变压器油的重要化学成分是环烷烃，约占所有成分的80%，其余成分多为芳香烃和烷烃。变压器油的物理性质比较稳定，它的相对密度为 0.895，凝固点一般小于 45℃，而闪点则不低于 136℃。在我们国家，变压器油主要分为两种，一种是产于大庆油田的石蜡基油，另一种是产于新疆克拉玛依油田的环烷基油。从天然石油中提炼出来的矿物油作为目前变压器中最常用的工程液体电介质，除了拥有良好的绝缘性能以外，它还在变压器的日常运行过程中起到散热和消弧的重要作用。但是，变压器油在放入电力设备之前，必须要针对它的绝缘性能进行反复试验，以确保它能在电力设备的绝缘方面起到十分积极的作用。

【分类】^[4]

变压器油分矿物变压器油和合成变压器油两种。

1. 矿物变压器油：是由天然石油加工炼制而成。石油（俗称原油）经常压及减压蒸馏可得到各种馏分。矿物变压器油是将石油在260～340℃温度下分馏，再经精制而得，其成份有烷烃、环烷烃及芳香烃三大类。以烷烃为主的石油称为石蜡基原油，含环烷烃较多的石油称为环烷基原油。为提高变压器油的抗氧化安定性，可加入抗氧化添加剂。

2. 合成变压器油：是用人工合成的方法生产出来的绝缘油，它在某些特性上优于矿物变压器油，如聚氯联苯、硅油（聚二甲基硅氧烷）、三甲醇基丙烷酯和季戍四醇酯等都具有难燃或不燃的特性，又如烷基苯具有抗析气特性等。

【特性】^[4][5]

1. 物理特性

变压器油有高介电强度、较低的黏度、较高的闪点温度、良好的低温特性及抗氧化能力等基本特性。变压器油的性质由外观、色度、比重、黏度、闪点、凝固点、界面张力、水分、氧化安定性、酸值、油泥、腐蚀性硫、介质损耗因数、工频及冲击击穿电压、析气性等物理、化学及电气特性来表示，如下：

2. 化学特性

化学反应对于变压器油的质量是一个威胁，尤其是酸性物质对其更是危险性的存在，酸性物质会产生水分，而这些水分有可能造成变压器油变质，致使变压器油的性能发生变化，从而对变压器的保护作用减小甚至消失。变压器油有绝缘作用，如果化学反应导致其水分注入变压器油中，那么就会侵蚀变压器机件中的绝缘材料，造成导电、漏电的情况，严重的可能会造成变压器产生火花爆炸等危险。其次，化学反应过程或者反应之后会产生许多杂质，这些杂质也会影响变压器油的质量，使得变压器油不能正常对变压器进行散热，造成变压器温度过高而损坏的后果。

【生产工艺】^[6]

由石油炼制生产电力用油的工艺过程大致分为原油预处理、蒸馏、精制和调合等工序，最后得到成品油，如下：

变压器油的加工使用了三种主要的方法：硫酸法、溶剂精制法、催化加氢工艺法。

1. 硫酸法：在我国20世纪60-70年代，变压器油基础油生产工艺主要以酸-碱-白土工艺为主，这一传统方法包括用浓度为93-98%的硫酸处理馏分油，继之搅拌，酸渣分离，碱中和、水洗和白土处理。这种工艺对环境造成一定的污染，单位体积馏分的回收率低，造成资源浪费等缺点，同时，随着原油性质的不断变化，酸碱精制工艺不再适应变压器油生产的需要。

2. 溶剂精制法：70-80年代，变压器油基础油生产工艺已经逐渐发展为酮苯脱蜡-苯酚精制-白土工艺。到90年代，糠醛精制工艺代替了苯酚精制工艺，提高了基础油精制深度，这种工艺是在一定的温度条件下，利用糠醛对馏分油中的理想成分溶解能力差，但对馏分油中非理想组分都能溶解在溶剂中的特性，从而将其分离出去，使所得到的油品的黏温性能得到改善，并可以降低油品的残炭值和酸值，提高其化学稳定性。

3. 催化加氢工法：90年代以后，加氢技术在炼油工艺技术中得到了广泛的应用，国内外大型变压器油生产商为适应产品发展的需要，根据所加工原油的特点，引入了不同的加氢工艺。加氢工艺改变了传统炼油工艺难以逾越的受原油种类限值的资源瓶颈，缩小了不同原油炼制的变压器油基础油的烃类组分差异，改善了变压器油的性能。

【产品及应用】^[1][6]

1. 纳米改性变压器油

目前应用最广泛的变压器油是矿物型变压器油，然而单纯的矿物型变压器油热导率较低。近年来研究机构开展了采用不同纳米改性材料加入到矿物型变压器油中，进一步提高矿物型变压器油的散热性能和电气性能，纳米材料对矿物型变压器油质量改进研究正受到越来越广泛的关注。纳米改性变压器油是指在变压器油中添加纳米颗粒，并形成稳定的悬浮胶体，这些粒子的平均直径为几到几十纳米，比变压器油中常见微粒小2到3个数量级。半导体材料和绝缘材料逐被作为改性纳米材料添加到变压器油中。同时，流体基液也由矿物型变压器油发展到植物变压器油。国内外各项研究结果表明，通过纳米材料改性的变压器油在导热性、电气特性和抗老化等方面都具有较明显的提高。

2. 芳烃类合成油绝缘油

为了提高绝缘油的抗析气性及工作场强，以合成芳烃为基的绝缘液体被广泛用于电容器、电缆、变压器套管等电力设备中，主要为烷基苯、烷基二苯基乙烷、烷基萘、甲基多芳基甲烷等。芳烃合成油是合成油中性能较好、发展最活跃的领域。与矿物油相比，它具有优良的介电性能、抗析气性能、电稳定性和热稳定性能，与设备中的绝缘材料有很好的相容性等优点。烷基二苯基乙烷是由二苯基乙烷的衍生物组成的绝缘液体，通常两个芳基带有短链烷基。烷基二苯基乙烷理化性能和电气性能优良，热稳定性高，析气性能大大优于烷基苯，因而在电场作用下局部放电性能优良。烷基萘是带有烷基取代基的萘组成的绝缘液体。烷基萘中主要使用的是二异丙基萘，二异丙基萘不是优良的全膜电容器的浸渍剂，但它是优良的膜纸复合介质电容器的浸渍剂，是日本电容器用油量的绝缘油。甲基多芳基甲烷主要是以单／双苄基的混合物为基的甲基多芳基甲烷衍生物组成的绝缘液体，由于它具有适合制作全膜电力电容器的优异性能和特点，因而在行业得到越来越广泛地使用。

3. 合成酯绝缘油

合成酯绝缘油是化学物质合成出来的。它们是多羟基化合物和羧酸反应的产物，结构是由几个酸分子通过化学键结合中央一个多羟基化合物构成。合成酯油是具有防火性能高、环保性好且耐湿性卓越的高性能绝缘油。与 矿 物 油 和 硅 油 相比，合成酯具有许多的优势，对延长变压器的使用寿命、降低维护成本等方面也起到了重要的作用。我国15年6月下线的自主研制时速350km的中国标准动车组也选择了合成酯作为变压器油。

4. 硅油变压器油

硅油是有机硅液体，是有机 硅聚合物的 一 种。可供变压器用的硅油是20世纪50年代才发明的，目前已有40多种硅油。很多国家将硅油用于电气设备上。硅油用做变压器绝缘油，除了具有优良的电绝缘性能外，还具有燃点高，凝点低，黏度随温度变化很小等优点。随着工程对环境日益提高，提倡环保的硅油在小容量、35KV以下的变压器中替代变压器油运用成为一种趋势。

5. 植物绝缘油

植物绝缘油是由天然的油料作物经压榨，精炼和改性工艺制备而成，具有良好的电气性能、燃点高、原料来源广阔，具有可再生和生物降解等优势。美国于96年完成台采用天然酯绝缘油 225KVA 美式箱变样机，瑞典ABB公司于99年生产出个商品名为“BIOTEMP”的植物绝缘油变压器，2000年美国库柏公司开发了以大豆油为原料的FIR3油，并成功应用于配电变压器，日本富士电机02年也开发出小型、轻便及环保性能好的菜籽酯油配电变压器。

【参考文献】

[1] 缪金, 董明, 吴雪舟, 等. 纳米改性变压器油研究进展[J]. 中国电机工程学报, 2013, 33(9): 146-154.

[2] 李博.变压器油的击穿特性与流注放电过程的数值模拟. 东北电力大学2017

[3] 胡恩德. 变压器油中硫腐蚀对油纸绝缘特性的影响研究[D]. 重庆大学, 2016.

[4]《中国电力百科全书》编辑委员会,中国电力出版社《中国电力百科全书》编辑部 编.

[5] 梁洲. 变压器油的生产工艺及质量评价[J]. 技术与市场, 2018, 1: 090.

[6] 马蕊燕, 甄新平, 张静, 等. 变压器油生产技术及国内外产品介绍[J]. 润滑油, 2017, 6: 013.