天然脂类油提高油浸式变压器的设计优点

1、天然酯绝缘油提高了油浸式变压器的设计优点提供环保和安全优势作者：胡锦丽 文章来源：库柏电气（上海）有限公司 点击数：390 发布时间：2011-09-15新浪微博QQ空间人人网开心网更多天然酯绝缘油很好地确立了防火安全性和环保兼容性，而且比起传统绝缘油，延长了变压器的寿命天然酯绝缘油很好地确立了防火安全性和环保 兼容性，而且比起传统绝缘油，延长了变压器的寿命。油浸 式变压器具有很多优于VPI干式和环氧浇注变压器的优势。现在，考虑到经济、安全和环保， VPI干式和 环氧浇注变压器不再是安装在敏感区域的明确选择。新绝缘油绝缘技术保持并提高了油浸式变压器的设计 优点，同时提供了岀色的环保和安全优势。

2、面对无环境污染和安全性高的变压器及电抗器的需求不断增加，AREVA输配电已经将植物油应用从配变拓展到高压变压器和电抗器。2007年，英国人口稠密区和巴西敏感区所实施的项目中，运用了库柏电力系统 生产的Envirotemp FR3植物绝缘油，该油被分别注入到132kV 90MVA的变压器和242kV的并联电抗器中 这种植物绝缘油来源于大豆，自1998年使用至今，主要用来注入配电变压器，可生物降解，能够增加防火安全性及绝缘寿命， 同时植物油也可来自于可再生资源。这些项目的实施，除了可获得良好的环境收益,而且为用户创造了一个可持续发展的未来。变压器的历史虽然19世纪末第一台变压器是敞开式结构的干式变

3、压器，但是同一时期开发的矿物油变压器由于其具有更高的效率，更好的热介损，较高的抗污性、负载能力，更小的尺寸以及更长的寿命，在此后的百余年中， 成为电力局和变压器用户广泛选择的产品。对矿物油的运输，污染物，外溢报告，补救措施不仅需要特殊 处理，还需全面考虑其对环境的影响和防火安全性，因此常常用真空压力进气(VPI)干式变压器和 树脂浇注变压器来替换矿物油绝缘变压器，并安装在建筑物内或建筑物附近。在工业应用领域，有关哪种类型的 变压器应用情况最好的争论随着技术、环保、经济环境的变化而变动。图1密封测试系统中的器材矿物油变压器因具有可接受燃点特性，以及长达30多年的使用寿命，仍然是传统户外的应用选择

4、，但是矿物油相对低的燃点存在火灾隐患，或者已经引起变压器火灾，因此，油浸式变压器安全规范已包含灭火系 统的特殊层、长间隔距离、防火屏障、或者用其他遏制装置防止油变发生火灾。而实际上，干式变压器也 会发生火灾，但由于错误的安全感，预制式的干式或树脂浇注防火性规范允许将这些变压器安装在一些敏 感的区域。开发阻燃型变压器油20世纪70年代中期，很多变压器介电油生产商开发了阻燃型高分子油和硅油。规范要求这个等级油的燃 点要高于300 C( 572F)。在30多年的使用过程中，阻燃型高分子油变压器从未引起大楼或者油池火灾。 这完全超过了 VPI干式、树脂浇注和硅油变压器的安全记录。基于大约几十年的运行经

5、验，美国国家电气规范，第三方实验室和保险公司开始逐渐认可阻燃型介电油的 安全记录。他们现在提供特殊类别分类，认定使用此油的变压器可安装在建筑物内或附近。因为不再需要 考虑它们的热排放率，以及不再需要灭火系统和户外变压器的防火屏障，甚至户内应用也无需要求喷水装 置，间隔距离和保险金明显下降，防火安全认证现在也认可充有上万加仑油的大型电力变压器。虽然高分 子油和硅油提高了变压器的防火安全， 并维持了正常变压器的预期寿命， 但却降低了环境兼容性。开发环保变压器油20世纪90年代，一家知名的绝缘油生产商开发了阻燃型天然酯绝缘冷却油。这些油来源于植物，有超过300 'C的闪点和燃点，明显高于同类

6、碳氢油和硅油以及其他类似产品。同样，它们具有相同的防火安全记录，并成为一种更新的应用于建筑物内或附近区域的科技。除了优越的防火安全特点，新的酯绝缘油因其优异的降解特性”符合美国环保署标准，而且拥有更低的美国运输部外溢报告。已经测明，不止一种天然酯绝缘 油不含严重的水生毒性（根据经济合作与开发委员会GL 203），而且不会在水上留下彩虹色油光。测试显示，天然酯绝缘油在21天内可降解超过97%。根据同样的测试方法，碳氢油降解低于30%。II天然怖矿物油天然酣矿物油绝缘油绝缘油500h1000h天然肺矿物油 绝缘油2000h天然酯旷物油 绝绦油4000h图2相关加速老化研究-密封测试管-MIL 15

7、2 -2000防火天然酯油克服了油浸式变压器的两个最大的弱点，但是这些绝缘油是否可维持变压器的长寿命，需要 进行更多的研究。变压器绝缘纸的老化变压器绝缘故障是干式和油浸式变压器的首要故障因素。考虑到老旧变压器的数量，保险公司预计，未来 10年，变压器故障会增加 300%。因此实验采用了重要的工业原料，用绝缘纸老化来测试和监测重大事故 之前油变的固体绝缘现象。实验室研究也可用来测定何种环境影响了绝缘纸老化。为了预测运行期间的老 化率，ANSI/IEEE C57.100已经定义了配电变压器的加速老化。采用提高温度的方法将测试时间压缩到连 续的几个月，多篇论文已经证实了这种方法。以下是密封测试系统中

8、的器材：热升级 0.255mm Kraft 纸（26 克）；绝缘油（350ml）；铝条（106cm2）；铜金属条（76 cm2）；老化器皿可煅钢内表面（323 cm2 ）。此外，初始控制变量包括初始绝缘纸湿度，绝缘油含水量，顶部空间容量和湿度、清除气体和增压。500h68%张力54%张力lOOOh56%张力5%张力2000h140%张力N/A4000h25%张力N/A表1在矿物油和天然酯油中热升级绝缘纸老化的保留张力绝缘纸老化随着温度和含水量的增加而加速。图2显示了 170 C（ 338F）和不同时间加速老化试验环境下绝缘纸样品的升级情况。表面来看，绝缘纸在天然酯中的分解速度明显慢于矿物油中的

9、绝缘纸。与通常在 老化的变压器中所观察到的情况一样，装有矿物油的器皿表面上形成了淤渣和碳沉淀物。装有天然酯的器 皿保持干净，这表明绝缘油中的绝缘纸有更好的长期稳定性。除了通过表面观察，还可以通过一种机械强度目标指标张力（表1）来衡量老化。现行的IEEE C57.91负载导则指岀了几条寿命”定义，包括老化后所保留的 25%50%的张力。这些结果均显示，绝缘纸在170 °C（ 338F）下，在天然酯中老化的时间比在矿物油中的时间长58倍。这些实验中的性能差异被总结为水净化"和 水解保护”。水净化之前提到，绝缘纸老化随着温度和含水量的增加而加速。当每个器皿的温度受到控制，矿物油器

10、皿的含水 量的增加明显高于天然酯器皿。绝缘纸分解首先是热分离（温度）和水解击穿（水）的组合，随后主要副产物之一变成更多的水。 矿物油的水饱和点为 70ppm，而天然酯在25 C （77F）下的水饱和点为1200ppm。 天然酯水净化”的特性防止了水分子加速绝缘纸老化。杆tf中ANSI-IEEE CsLSIKSlW高高AftlNEMA TP1声咅躺fift ft ft 低高中 B6I-C89, liNEltt Tilft ft ft ft*中 m/lEEEG7.t2 00iC37JXei防再霍力ftftftft1噸AKI KLM二过It鬣力好 优优養中 AI/IIEEC57.914C5L96SK

11、优优优忧筮掘AJiSI C5112.28标矗融定*冲再«匸中眶L IEEE C57.12.0QK57.1Z 01歸ifctt Jftft.中ft中中豪ftftftftA中ftftAKA表2变压器型式和特性对比表水解保护热、水和天然酯的副产物是长链脂肪酸，将其与变压器绝缘纸组合，可在加速绝缘纸老化中防止绝缘纸结 构解聚。化学反应机构是酯交换反应，它能防止绝缘纸水解。而热、水和矿物油产生的是短链有机酸，它 的性能更加活泼，不能保护绝缘纸。天然酯水解保护”特性防止了水分子像在矿物油中一样加速绝缘纸老化。这些可从理论和试验结果中清楚获得，天然酯显著提高了绝缘纸的热稳定性。新的经济考虑近些年，变压器原材料成本、能耗和保险费用急剧增长。在很多案例中，油浸式变压器成本低于干式变压 器。干式变压器的高能耗已经不符合现行加拿大能源效率规则的要求。甚至美国能源部在近期的规则中也 开始审查这些高损耗的干式变压器。保险公司诸如FM Global （美国工厂互助保险联盟损防规范）开始意识到天然酯的防火特性，可降低防火要求，能够提供较低的保险费。天然酯绝缘油很好地确立了防火安