馬蕊燕，甄新平，張靜，柯友勝，何軍

(中國石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

變壓器油生產(chǎn)技術(shù)及國內(nèi)外產(chǎn)品介紹

馬蕊燕，甄新平，張靜，柯友勝，何軍

(中國石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆 克拉瑪依 834000)

文章主要介紹了變壓器油的生產(chǎn)工藝，礦物型變壓器油是目前應(yīng)用最廣泛的變壓器油類型，由原油經(jīng)過溶劑精制工藝或深度加氫工藝生產(chǎn)而得，芳烴類合成油、合成酯絕緣油等類型的變壓器油也有自己的突出優(yōu)點,應(yīng)用領(lǐng)域也很廣泛。同時介紹了采用納米材料改進礦物型變壓器油性能研究工作進展。介紹了國內(nèi)主要變壓器油產(chǎn)品以及Nynas公司和Shell公司環(huán)烷基變壓器油類型。

變壓器油；生產(chǎn)技術(shù)；產(chǎn)品

0 引言

近年來隨著中國經(jīng)濟的持續(xù)繁榮，推動了我國電力工業(yè)的迅猛發(fā)展，2008年初，國家電網(wǎng)公司發(fā)布了《關(guān)于轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式、加快電網(wǎng)建設(shè)的意見》。首次公開明確了特高壓電網(wǎng)較為詳細的建設(shè)規(guī)劃：“‘十二五’、‘十三五’期間，特高壓電網(wǎng)全面發(fā)展，形成以華北、華中、華東為核心，連接各大區(qū)電網(wǎng)、大煤電基地、大水電基地和主要負荷中心的堅強網(wǎng)架。到2020年，建成特高壓交流變電站53座，線路長度4.45×104km；建成直流輸電工程38項，線路長度5.23×104km。未來我國電網(wǎng)將由華北、華中、華東特高壓同步電網(wǎng)和東北、西北、南方三個區(qū)域電網(wǎng)構(gòu)成，通過直流輸電方式相連，形成全國聯(lián)網(wǎng)的格局，屆時將成為世界上電壓等級最高、規(guī)模最大的電網(wǎng)[1]?！倍c電網(wǎng)配套的變壓器及變壓器油需求量也在日趨上升，變壓器油已經(jīng)成為需求增長最快的潤滑產(chǎn)品之一。另外，隨著電力設(shè)備安全運行要求的提高，對變壓器油產(chǎn)品的性能也提出了更高的要求。本文著重介紹了變壓器油生產(chǎn)技術(shù)以及國內(nèi)外產(chǎn)品，希望對變壓器設(shè)計者以及油品研究工作者有所幫助。

1 變壓器油的生產(chǎn)工藝

1.1變壓器油傳統(tǒng)生產(chǎn)工藝

由石油煉制生產(chǎn)電力用油的工藝過程大致分為原油預(yù)處理、蒸餾、精制和調(diào)合等工序，最后得到成品油，如圖1所示。

圖1 變壓器油基本精制工藝流程

從圖1中可以看出：變壓器油的加工使用了三種主要的方法：硫酸法、溶劑精制法、催化加氫工藝法。

在我國20世紀60～70年代，變壓器油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝主要以酸-堿-白土工藝為主，這一傳統(tǒng)方法包括用濃度為93%～98%的硫酸處理餾分油，繼之攪拌，酸渣分離，堿中和、水洗和白土處理[2]。這種工藝對環(huán)境造成一定的污染，單位體積餾分的回收率低，造成資源浪費等缺點，同時，隨著原油性質(zhì)的不斷變化，酸堿精制工藝不再適應(yīng)變壓器油生產(chǎn)的需要。到70～80年代，變壓器油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝已經(jīng)逐漸發(fā)展為酮苯脫蠟-苯酚精制-白土工藝。到了90年代，糠醛精制工藝代替了苯酚精制工藝，提高了基礎(chǔ)油精制深度[3]，這種工藝是在一定的溫度條件下，利用糠醛對餾分油中的理想成分溶解能力差，但對餾分油中非理想組分都能溶解在溶劑中的特性，從而將其分離出去，使所得到的油品的黏溫性能得到改善，并可以降低油品的殘?zhí)恐岛退嶂担岣咂浠瘜W(xué)穩(wěn)定性。90年代以后，加氫技術(shù)在煉油工藝技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外大型變壓器油生產(chǎn)商為適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展的需要，根據(jù)所加工原油的特點，引入了不同的加氫工藝。加氫工藝改變了傳統(tǒng)煉油工藝難以逾越的受原油種類限值的資源瓶頸，縮小了不同原油煉制的變壓器油基礎(chǔ)油的烴類組分差異，改善了變壓器油的性能。

1.2納米改性變壓器油研究工作

目前應(yīng)用最廣泛的變壓器油是礦物型變壓器油，然而單純的礦物型變壓器油熱導(dǎo)率較低。近年來研究機構(gòu)開展了采用不同納米改性材料加入到礦物型變壓器油中，進一步提高礦物型變壓器油的散熱性能和電氣性能，納米材料對礦物型變壓器油質(zhì)量改進研究正受到越來越廣泛的關(guān)注。

納米改性變壓器油是指在變壓器油中添加納米顆粒，并形成穩(wěn)定的懸浮膠體，這些粒子的平均直徑為幾到幾十納米，比變壓器油中常見微粒小2到3個數(shù)量級。

納米改性變壓器油最開始是以納米磁流體(magnetic nanofluids)作為研究對象，即添加Fe3O4等鐵磁性納米材料，但研究顯示鐵磁性納米油流體的穩(wěn)定性和擊穿特性受外部磁場的影響較大，并不適用于變壓器等油紙絕緣結(jié)構(gòu)的電力設(shè)備。在后續(xù)的相關(guān)研究中，半導(dǎo)體材料和絕緣材料逐漸被作為改性納米材料添加到變壓器油中。同時，流體基液也由礦物型變壓器油發(fā)展到植物變壓器油[4]。國內(nèi)外各項研究結(jié)果表明，通過納米材料改性的變壓器油在導(dǎo)熱性、電氣特性和抗老化等方面都具有較明顯的提高。

1.3芳烴類合成油絕緣油

由于礦物型變壓器油的芳烴成分較低，析氣性不良，在電氣設(shè)備中的工作場強難以進一步提高，而且氧化后易生成沉淀物，影響其散熱性，燃點低生物降解性差，不能滿足高防火性及環(huán)保性要求。為了提高絕緣油的抗析氣性及工作場強，以合成芳烴為基的絕緣液體被廣泛用于電容器、電纜、變壓器套管等電力設(shè)備中，主要為烷基苯、烷基二苯基乙烷、烷基萘、甲基多芳基甲烷等[5]。芳烴合成油是合成油中性能較好、發(fā)展最活躍的領(lǐng)域。

烷基苯是烯烴與苯在HF或AlCl3的作用下合成的單環(huán)芳烴為主要組分的烴類化合物。與礦物油相比，它具有優(yōu)良的介電性能、抗析氣性能、電穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性能，與設(shè)備中的絕緣材料有很好的相容性等優(yōu)點。

烷基二苯基乙烷是由二苯基乙烷的衍生物組成的絕緣液體，通常兩個芳基帶有短鏈烷基。烷基二苯基乙烷理化性能和電氣性能優(yōu)良，熱穩(wěn)定性高，析氣性能大大優(yōu)于烷基苯， 因而在電場作用下局部放電性能優(yōu)良。

烷基萘是帶有烷基取代基的萘組成的絕緣液體。烷基萘中主要使用的是二異丙基萘，二異丙基萘不是優(yōu)良的全膜電容器的浸漬劑， 但它是優(yōu)良的膜紙復(fù)合介質(zhì)電容器的浸漬劑，是日本電容器用油量最大的絕緣油。

甲基多芳基甲烷主要是以單/雙芐基的混合物為基的甲基多芳基甲烷衍生物組成的絕緣液體[5]。它是用甲苯和氯化芐經(jīng)過化學(xué)合成反應(yīng)后， 再經(jīng)過凈化、精餾、精制及混合等工序制成的電容器液體介質(zhì)。由于它具有適合制作全膜電力電容器的優(yōu)異性能和特點， 因而在行業(yè)得到越來越廣泛地使用。

1.4合成酯絕緣油

合成酯絕緣油是化學(xué)物質(zhì)合成出來的。它們是多羥基化合物和羧酸反應(yīng)的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)是由幾個酸分子通過化學(xué)鍵結(jié)合中央一個多羥基化合物構(gòu)成。分子鏈中羧酸通常是飽和的。這是合成酯性能穩(wěn)定的原因。合成酯油是具有防火性能高、環(huán)保性好且耐濕性卓越的高性能絕緣油。與礦物油和硅油相比，合成酯具有許多的優(yōu)勢，對延長變壓器的使用壽命、降低維護成本等方面也起到了重要的作用。我國2015年6月下線的自主研制時速350 km的中國標準動車組也選擇了合成酯作為變壓器油[6]。

1.5硅油變壓器油

硅油是有機硅液體，是有機硅聚合物的一種?？晒┳儔浩饔玫墓栌褪?0世紀50年代才發(fā)明的，目前已有40多種硅油。很多國家將硅油用于電氣設(shè)備上。硅油用做變壓器絕緣油，除了具有優(yōu)良的電絕緣性能外，還具有燃點高，凝點低，黏度隨溫度變化很小等優(yōu)點。隨著工程對環(huán)境日益提高，提倡環(huán)保的硅油在小容量、35 kV以下的變壓器中替代變壓器油運用成為一種趨勢[7]。

1.6植物絕緣油

植物絕緣油是由天然的油料作物經(jīng)壓榨，精煉和改性工藝制備而成，具有良好的電氣性能、燃點高、原料來源廣闊，具有可再生和生物降解等優(yōu)勢。美國于1996年完成第一臺采用天然酯絕緣油225 kVA美式箱變樣機，瑞典ABB公司于1999年生產(chǎn)出第一個商品名為“BIOTEMP”的植物絕緣油變壓器，2000年美國庫柏公司開發(fā)了以大豆油為原料的FR3油，并成功應(yīng)用于配電變壓器，日本富士電機2002年也開發(fā)出小型、輕便及環(huán)保性能好的菜籽酯油配電變壓器[8]。

2 國內(nèi)外變壓器油產(chǎn)品介紹

2.1國外變壓器油產(chǎn)品

國外變壓器油產(chǎn)品生產(chǎn)廠家主要是Nynas公司和Shell公司，兩家公司的產(chǎn)品列表如表1、表2所示。

表1 Nynas公司主要變壓器油產(chǎn)品

表2 Shell大雅納絕緣油產(chǎn)品

從表1可以看出：國外變壓器油產(chǎn)品生產(chǎn)廠商Nynas公司將產(chǎn)品按照等級，共分為三大類，分別是超高等級產(chǎn)品、高等級產(chǎn)品和標準等級產(chǎn)品。其中超高等級產(chǎn)品共有4個，均是添加抑制劑，應(yīng)用在特殊需求設(shè)備中的變壓器油產(chǎn)品，這類產(chǎn)品具有很好的低溫特性，在很低的低溫環(huán)境下，變壓器仍可以正常啟動，而不需要添加任何的降凝劑，并且具有優(yōu)異的熱量傳遞性以及抗氧化安定性，延長變壓器的使用壽命。高等級產(chǎn)品共有7個，符合國際電工委員會標準IEC 60296 4.0版本,2012的是產(chǎn)品是Nytro Gemini X和Nytro Lyra X，而Nytro 11GBX US、Nytro OrionⅡ、Nytro IzarⅡ、Nytro IzarⅠ和Nytro Bear均符合美國實驗材料協(xié)會標準ASTM D3487。這類產(chǎn)品由于經(jīng)過了加氫精制，油品有很好的抗氧劑感受性，因而具有優(yōu)異的抗氧化安定性，減少了變壓器的維護次數(shù)。標準等級產(chǎn)品共有兩個，均是不加抑制劑，符合標準IEC 60296 4.0版本,2012的變壓器油產(chǎn)品。這類產(chǎn)品由于油品本身具有天然的抗氧劑，氧化安定性比較好。

從表2可以看出：殼牌大雅納絕緣油系列產(chǎn)品中，S2 ZU-I Dried和S2 ZU-I均是不含抗氧劑，符合IEC 60296的產(chǎn)品，S3 ZX-IG和S3 ZX-IG Dried均是含抗氧劑，具有優(yōu)良的析氣性能和電氣性能，同時符合標準IEC 60296的產(chǎn)品。

2.2國內(nèi)變壓器油產(chǎn)品

國內(nèi)變壓器油生產(chǎn)廠商主要有中國石油昆侖系列變壓器油、中國石化長城系列變壓器油以及中國海油海疆系列變壓器油產(chǎn)品，見表3、表4和表5。

表3 中國石油昆侖系列變壓器油

表4 中國石化長城系列變壓器油

表5 中國海油海疆系列變壓器油[9]

中國石油昆侖系列變壓器油是由適度精制的環(huán)烷基基礎(chǔ)油加入一定量的抗氧添加劑調(diào)配而成，具有傳熱迅速、氧化安定性好，溶解性能好，電氣性能優(yōu)異等特點。產(chǎn)品牌號KI25X、KI45X、KI50GX、KI50X均滿足國家標準GB 2536-2011中特殊技術(shù)要求的變壓器油。其中KI50GX、KI50X適用于特高壓直流、高壓直流換流變壓器等直流電氣設(shè)備，也可以用于特高壓交流、超高壓交流及高壓交流變壓器等交流電氣設(shè)備。產(chǎn)品牌號Petro45X滿足標準IEC 60296-2012中特殊技術(shù)要求的變壓器油。中國石化長城系列變壓器油是由深度精制的礦物基礎(chǔ)油和精選的抗氧劑組成，產(chǎn)品適用于電壓等級330 kV及以下的變壓器以及有類似要求的電器設(shè)備。中國海油海疆系列變壓器油中的產(chǎn)品牌號HI-10、HI-20、HI-30符合GB 2536-2011 Ⅰ類通用級別要求，適用于交流變壓器，HID-50符合GB 2536-2011 Ⅰ類特殊級別要求，適用于換流變壓器。

3 結(jié)論

(1)礦物型變壓器油是目前應(yīng)用最廣泛的變壓器油類型，由原油經(jīng)過溶劑精制工藝或深度加氫工藝生產(chǎn)而得。礦物型變壓器油的性質(zhì)根據(jù)原油基屬及加工工藝的不同而有所差異。

(2)采用納米材料提高改進礦物型變壓器油性能是一個關(guān)注較高的全新領(lǐng)域，現(xiàn)階段實驗室研究結(jié)果顯示，在提高導(dǎo)熱性、電氣特性和抗老化等方面具有較好的前景。

(3)從國內(nèi)外變壓器油產(chǎn)品來看，Nynas公司和Shell公司均采用加氫技術(shù)生產(chǎn)環(huán)烷基變壓器油，而且變壓器油產(chǎn)品種類豐富。國內(nèi)變壓器油生產(chǎn)廠商采用溶劑精制、深度加氫工藝進行變壓器油產(chǎn)品的生產(chǎn),產(chǎn)品種類較國外產(chǎn)品種類單一。因此變壓器油生產(chǎn)廠商在產(chǎn)品的研究與研制過程中更應(yīng)該注重擴寬產(chǎn)品的種類，注重油品在實際使用中的運行性能。

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Transformer Oil Production Technology and Product Introduction at Home and Abroad

MA Rui-yan, ZHEN Xin-ping, ZHANG Jing, KE You-sheng, HE Jun

(PetroChina Karamay Petrochemical Company, Karamay 834000, China)

This article mainly introduces the production process of transformer oil and points out that the mineral type transformer oil is currently the most widely used type of transformer oil, which is obtained with solvent refining process or deep hydrogenation process by crude oil. Aromatic hydrocarbon synthetic oil, synthetic ester insulating oil also have outstanding advantages, with wide application fields. This paper also describes the research progress on improving the performances of mineral transformer oil using nano-materials, and involving the domestic transformer oil products and types of naphthene transformer oils in Nynas and Shell Company.

transformer oil; production technology; product

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.06.011

1002-3119(2017)06-0056-05

TE626.35

A

2017-07-03。

馬蕊燕，工程師，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，現(xiàn)從事變壓器油的研制與生產(chǎn)。E-mail：yps?maruiyan@petrochina.com.cn