酯替代变压器矿物油的优越性.pdf

第46卷第10期
変器
2009年10月
October 2009
酯替代变压器矿物油的优越性
罗素马丁,孙国亮2
1.M&1材料有限公司,英国曼彻斯特;2.沈阳天正输变电设备制造有限责任公司,
辽宁沈阳110179)
在大多数变压器中,矿物油是一种经济的绝缘
1概述
油。但在某些必须重点考虑防火和环保性能的设备
从19世纪80年代出现油浸变压器时,就有酯中,酯类是一种有吸引力的替代品。酯类绝缘液体具
类作为绝缘液体应用了。最早的简单天然酯类绝缘有以下特性:难燃、不怕潮、冷却性好、无毒、易降解、
液体由于性能不好不能应用于露天设备,逐渐被矿能够用于可反复填充的矿物油变压器并且安全。常
物油所取代。后来,由于硅油防火性能良好,用它替见变压器绝缘油的结构与特性如表1所示。
代矿物油,但是它可能带来环境问题,且
表1常见绝缘油特性
难以应用于高压场合。20世纪70年代出
名称
矿物油
硅油
合成酯
现的合成酯有望克服上述缺陷,不仅能够
天然酯
基本成分「烃类混合物「二烷基硅聚合物季戌四醇/四酯植物提取天然酯
应用于高压设备,而且在露天变压器里也
来源从石油中提炼」化工生产
化工生产
植物提取
完全可行。合成绝缘酯已经成功应用了近
降解性降解缓慢
不能降解
易于降解
易于降解
40年,越来越为人们所接受。起先酯类是
耐潮性能受湿度性能受湿度
耐潮性非常好耐潮性好
作为 Askarel(PCB)的一种无毒替代品被
影响明显
影响明显
开发出来的,目前越来越成为矿物油的主
闪点/C
>300
>250
>300
力替代品,特别在防火要求严格的场合。
燃点/(
近10年,因为其可再生性,对天然酯类应
防火等级
O
K
K
用的研究一直在增加。本文中笔者介绍了
酯类替代矿物油的优越性。
4酯性能的优越性
2酯的种类
4.1防火性
酯具有良好的防火性能,它们的燃点高且阻燃
2.1合成酯
具体性能参数见上述表1
合成酯是化学物质合成出来的。它们是多羟基4.2环保性能
化合物和羧酸反应的产物,结构由几个酸分子通过
环保特性是绝缘油的一个非常重要特性,也是
化学键结合中央一个多羟基化合物构成。分子链中合成酯比矿物油更具吸引カ的原因之一。酯是易于
羧酸通常是饱和的,这是合成酯性能稳定的原因。
降解的。酯类、矿物油和硅油降解特性见图1。另外
2.2天然酯
天然酯从植物油中提取,它们来自可再生植物
100
天然酯
天然酯结构以甘油分子为基础,以化学键与三个天
000
成酯
然脂肪酸结合。植物在其生长中产生这些酯类,酯类
60
50
被保存在种子里。天然酯类与合成酯类的关键不同
点在于天然酯类的许多分子链是不饱和的,这意味
出
000
着它们易受氧化。因此,它们被认为仅适用于密封环
0
硅油
境
时间/dA
3类和其他变压器油的对比
tal Electronic Publishing Houso.Ari图巡緣介质降解
ww.cnkinet
珓器
第46卷
酯对水和土壤中生物无毒的,因此,酯类对地下水危4.5可反复填充型矿物油变压器填充酯
害很小。快速降解特性与无毒性使酯类可应用于泄
在某些环境下,油的绝缘性能受到意外的潮气
漏和气体逸出会造成严重后果的场合。
影响及纤维老化等原因,现有矿物油变压器经常需
4.3运行可靠性(耐潮性)
要维护。考虑到这一原因,经常使用以液体酯为填充
天然酯和合成酯里存在的酯链使其带有极性,材料的可反复填充型変压器,它不仅可以提高耐火
能够吸引其他极性分子。水是极性分子,因此,酯对性能,还可以降低维护的次数,提高设备可靠性。对
水分子有亲和力,这是矿物油与硅油所不具有的。天一台800kVA、已运行30年的油浸式变压器重新充
然酯每个分子有3个酯链,合成酯每个分子有2~4入合成酯MDFI7131进行现场试验,测试结果如表
个酯链。当考虑水在这些液体中的溶解度时,这个差2所示。
別就非常明显。水在绝缘介质中溶解度大小次序为
合成酯、天然酯、硅油和矿物油,见图2。
表2合成酯填充前后参数
填充前(矿物油)填充后(合成酯
击穿电压kV
>03
合成酯
天然酯
含水量ルL?L
51.4
400
1600.09
中心绝缘值/MΩ
<20
三朧独
硅油
矿物油
运行状态
退出运行
重新投运
上述研究表明,酯吸收了纤维中的水分,使得变
压器在很短一段时间之后,又可以重新投入运行
长期填充经验表明,酯型变压器在含水量已超
40-200
80100
过400pLL的情况下,仍能够继续安全运行。
温度/
不论是天然酯还是合成酯,都可以和矿物油以
图2水含量和温度对数曲线
任何比例混合。合成酯可用于各种设备,包括露天变
压器,并且已经在这一应用领域内运行了将近30
绝绿油含水的绝对数量对其电气特性影响显年。
著。极性液体的耐潮性显蓍増强。无极性液体如矿物
当在设备重新填充矿物油时,在排空和冲洗过
油对于绝对湿度的增加特别敏感。
程中将矿物油尽可能的去除是非常重要的。这是因
4.4延长变压器寿命
为相对大量的矿物油(比如说超过4%)将给液体酯
纸(纤维素)是变压器中较常应用的固态绝缘物的防火性能带来很大影响。需要注意的是,硅油和酯
质。纤维素是由葡萄糖单元聚合构成聚合链。聚合链类不可混合,酯类中即使混合了极少量的硅油,在真
上葡萄糖单元的平均数目为聚合度(DP),表征了纸空下混合也会产生泡沫。
的机械强度和绝缘性能。聚合链越长,纸的机槭强度
越高。对于一台新变压器而言,绝缘纤维的聚合度一5酯填充设备的维护
般在1000~1200。随着变压器逐渐老化,纸(纤维
用以测定矿物油品质的标准测试也可用于液体
开始降解,形成短链(低聚合度)。所有的这些反应使酯测试。如:击穿电压测试、pH值测试和含水量测试
得纸逐步脆弱。当平均聚合度低于200以下时,纸绝以及一些其他测试。不过测试结果和矿物油测试结
缭就到了工作寿命尽头。
果不太一样,酯测试的适用标准参看有关TFC文
这种降解过程的副产品之一是水,水分的存在件
加速了纸降解速度。这一点导致了越是老旧的或者
酯产生的气体的允许值与矿物油一样,即氢气
工作环境恶劣的变压器,恶化的速度越快,最终导致甲烷、乙烯和乙炔等。当诊断出変压器故障时,比值
故障。
诊断图(如 Roger比值或 Duval三角等)可以参照矿
液体酯能够保护纤维纸,因为酯从纸里吸收水物油图的相应数值给出合理指标。例如,矿物油和酯
分,避免水分聚集。纸绝缘更加干燥,因此其寿命也产生的乙炔气体都可能推断为强烈的电弧故障。但
得到延长。酯不