近些年來,我國電力行業發展速度飛快,輸變電線路也逐漸向直流輸電方向轉變,特高壓與長線距離的輸電作業也越來越多。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-白土補充精制,這是一種較為傳統的工藝;另外一種是加氫處理-加氫補充精制,這是加氫工藝。在我國制備變壓器的企業中,中海瀝青與克拉瑪依石化企業在生產變壓器油時采用的主要是前者,而上海高橋石化公司生產變壓器油時采用的主要是后者。兩種制備工藝各有優缺點,但如果使用的制備原料滿足需求,且通過對工藝參數進行調整都能夠使產品滿足國家標準。
變壓器的運轉狀態受到變壓器油電氣性能的直接影響,通常情況下,在對變壓器油的電氣性能檢測中,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損耗情況以及極化性質;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。在對變壓器油電氣性能進行測試時,為了防止絕緣材料受損或取樣困難的問題,此次試驗采用的測量技術為介電頻譜測量。中海油企業中的環烷基原油資源較多,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種不同工藝來進行變壓器油的制備,具體如下。
1、變壓器油的作用
在油開關、電抗器、變壓器以及套管等充油電氣設備中,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。變壓器油的好壞對電氣設備運行可靠性有著重要的影響,變壓器油的特性對于電氣設備的性能發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,避免發生短路。在空氣中,介電常數為1.0,而在變壓器油中,介電常數則達到了2.25,所以相對于空氣,變壓器油的絕緣強度明顯高很多。如果線圈設備沒有保護而暴露在空氣中,當設備運行時很容易發生被擊穿的情況,但增加變壓器油后,就很難被擊穿,并且隨著油品質量的提升,變壓器油的絕緣性能也會變得更加可靠,設備的安全性也更有保障。
(2)散熱作用。在變壓器正常運行過程中,電流穿過線圈時由于受到電阻影響會發生功率損耗情況,而無論是銅芯損耗還是鐵芯損耗都會產生較多的熱量,如果無法及時的排除散發的熱量,隨著熱量的不斷積聚最終會使得鐵芯內部溫度急劇上升,對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將散發的熱量吸收,再通過油的內部循環將熱量排出,有助于設備的安全穩定運行,對于大容量的變壓器來說。一般采用的是強油循環冷卻,這也是變壓的重要功能之一。
(3)滅弧作用。變壓器油除了能起到絕緣與散熱效果外,還能發揮滅弧的作用。對于油浸開關來說,電力負荷被切斷時會有電弧產生,在高溫電弧影響下,如果觸頭得不到冷卻,后續還會不斷產生電弧,最終可能導致設備燒毀。另外過電壓的出現也會對設備造成損害。而變壓器油在受熱時會產生大量氫氣,氫導熱系數大,很多熱量被吸收并傳遞至油中,讓觸頭得到冷卻,繼而發揮滅弧的效果。
2、變壓器油的制備工藝
2.1 原料性質
將綏中36-1原油的常二線餾分油作為原料,其性質明細具體見表1。
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-白土補充精制,這是一種較為傳統的工藝;另外一種是加氫處理-加氫補充精制,這是加氫工藝。具體工藝過程如圖1所示。
2.3 結果分析
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,使用的加氫補充精制催化劑型號為FV-10,加氫處理催化劑型號為LH23,加氫脫酸催化劑型號為3936。加氫工藝分為高壓加氫與中壓加氫兩種,在合適的試驗條件下,可以得到三種工藝條件下滿足國標的變壓器油性質見表2。
3、電氣性能試驗
3.1雷電擊穿性能試驗分析
針對變壓器油來說,擊穿性能檢測是其主要的性能檢測方式,一般來說擊穿性能試驗指的是雷電擊穿電壓。根據 GB/T21222-2007中規定的測定方法,來選擇負脈沖在試驗檢測變壓器油的性能。由于雜質濃度在液體使用極限之下,就不需要對這些雜質進行特別控制。此次重復試驗結果見表3。
3.2介電特性試驗分析
變壓器油屬于弱極性電介質,在變壓器油分析產生不規則熱運動時,從宏觀上來看與其本身的偶極矩均為0。受到電流影響時,分析會朝向外電場運動,宏觀上看會有偶極矩產生,繼而出現電介質極化現象,這類變化通過介電頻譜可以看出來。此次介電特性試驗采用的介電譜儀型號為Novcontrol Concept80,在液體池內的電極之間將變壓器油倒入,通過采集電壓信號來進行測試。結果見下圖。
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差異不大,大約為2.0。溫度的上升會促進介電常數的上升但是隨后會下降并逐漸平穩,最后呈現緩慢下降趨勢。
4、結語
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,都能滿足國家標準,且通過測試其電氣性能發現,與市購環烷基45#變壓器油的雷電擊穿性能與介電特性基本一致。