王智荣,王伟,王兴富,康志华,白云冈

(神木富油能源科技有限公司,陕西 神木 719319)

变压器是一种用于电能转换的电器设备,变压器油作为变压器不可或缺的组成部分,主要起绝缘、散热、消弧等作用[1]。变压器运行过程中,油温会随着运转负荷的上升而升高,正常状态下长期处于60 ℃以上,为了保障变压器铁圈、线圈、调节器、开关、断路器等机械的高效运转,变压器油必须具备较好的流动性以及热传导性。变压器油充装于高压电极之间,为了避免电极在高电压电场作用下出现跳火击穿现象,要求变压器油具有良好的绝缘性能。与此同时,交流电极周期性改变会造成能量损失,这种能量损失使用介质损耗因数来进行衡量,要想保证电力传输过程中的能量损失最小化,必须保证选用的变压器油拥有较低的介质损耗因数。变压器中微量不安定组分在高温、强电场作用以及金属器件的催化下,很容易与空气中的氧气、水分发生反应,生成油泥或者极性化合物,从而造成绝缘性能下降,导致变压器发生击穿和失效。因此,在变压器油选型时一定要考虑其各方面的综合性能,从而保证变压器的安全、稳定、长周期运行[2]。

1 变压器油供应商

变压器油经过几十年的发展,在我国主要的变压器油供应商有尼纳斯、壳牌、昆仑、长城、海疆以及江苏双江等[3]。

1.1 尼纳斯

尼纳斯公司主要以IEC 60296标准为依据,按照产品目标市场划分为:超高级别、高级别、标准级别,见表1。

1.2 壳牌

壳牌Diala电气绝缘油系列有多个牌号,包括最新的完全抗氧化超低硫技术,符合现行的IEC及ASTM防铜腐蚀标准,同时其还开发了专供高压直流等特殊领域应用的析气性良好的电气绝缘油。壳牌最新生产的产品符合IEC 60296高标准氧化性能的要求,其氧化试验极限时间超过500 h[4],见表2。

近年来,随着欧洲在环保等方面的要求逐渐提升,2013年壳牌在德国汉堡发布了新一代天然气制油(GTL)技术的变压器油S4 ZX-1,该产品逐渐成为壳牌在变压器油领域的主推产品[5-6]。

1.3 昆仑

中国石油昆仑系列变压器油以克拉玛依石化、辽河石化生产的环烷基基础油为主要组分,进而添加了一定量抗氧剂调配而成,在传热、氧化安定性、溶解性、电气性能等方面都呈现出优异特性。目前昆仑变压器油主要有9个牌号,分别是KI25X、KI45X、KI50GX直流变压器油、KI50X直流变压器油、KI50DX电力机车专用变压器油、KI40DX电力机车专用变压器油、KI20X变压器油、KI25X变压器油、KI45X变压器油等,其均满足国家标准GB 2536—2011要求[7],见表3。

表3 昆仑系列变压器油

1.4 长城

中国石化的变压器油是以“长城”品牌统一外售,由于中石化环烷基原油资源相对较少,长城变压器油(表4)的基础油主要是高桥石化等石蜡基或者中间基原油炼制企业提供,其主流市售产品只能用于电压等级在330 kV及以下的变压器或有类似要求的电器设备。2020年中石化下属荆门石化首次承接加工了新疆春风油田的环烷基原油,产出合格的环烷基基础油,长城应该会在近几年推出相应的环烷基变压器油产品[8]。

表4 长城系列变压器油

1.5 海疆

中海油海疆系列变压器油中的产品牌号HI-10、HI-20、HI-30,符合GB 2536中通用级别要求,HID-50符合GB 2536中特殊级别要求,适用于换流变压器,见表5。

表5 海疆系列变压器油

2 变压器油标准

变压器油在全球的标准主要有国际电工委员会主导的IEC标准、美国材料与试验协会主导的ASTM标准、中国国家标准化管理委员会主导的GB标准、英国标准学会主导的BS标准以及日本工业标准调查会组织主导的JIS标准。近些年,随着国际贸易的蓬勃发展,各标准体系也在朝着趋同发展,比如变压器油的国标制定就大量参考了IEC标准和ASTM标准,就目前全球主流发展趋势来看,国际电工委的IEC标准仍然具有一定的先进性和更广泛的全球通用性[9]。

2.1 IEC 60296

国际电工委的IEC 60296于1969年首次发布,至今已更新了五个版本,从变更情况看,其产品分类愈发细致,技术要求也逐步提升。目前,全球主流国家及变压器生产商均在IEC 60296基础上制定自身国家标准及采购标准[10],见表6。

表6 IEC 60296版本更迭情况

从IEC 60296标准的变化可以看出,1982年之前的版本更多是从绝缘油本身进行种类划分,主要分为添加抗氧剂的绝缘油和未添加抗氧剂的绝缘油。之后的版本则更倾向于从使用角度来进行划分,无论是2012年之前的通用规格、特殊规格还是2020年版本中的A型、B型都更近似于使用端的通用型和高端型。2003年以后的版本,氧化安定性更高的型号都需要添加足量的抗氧剂,而氧化安定性要求较为松懈的型号则可根据使用环境的需求提供不添加抗氧剂、添加微量抗氧剂、添加足量抗氧剂3个不同的细分种类产品。无论是2012年前版本中的特殊型还是2020年版本中的A型,在基础油的选择上要较其他更加苛刻,所需基础油的精制水平更高,比如B型要求颜色不大于1.5,而A型要求颜色不大于0.5。2020年最新发布的版本,进一步扩大了绝缘油的来源,首次将循环(再生)绝缘油纳入了产品体系,也是为了解决行业蓬勃发展后产生的大量油品再生问题,体现出标准制定层面更多地加入了环保因素。

总体上看,2020年最新发布的版本,其核心理念上更加注重了环保、行业可持续发展、使用端的使用需求等。标准内容的主要变化在于扩大了原料来源,清晰化了产品命名模式,技术指标方面要求更加严苛,特别是在使用稳定性上提出了更高的要求。首次提出的热氧化条件下产气特性对行业的更好发展提出了新的方向,接下来几年内我国在修订GB 2536时势必也会将此项性能要求纳入考虑范畴[11]。

2.2 GB 2536

2011年,中国基于IEC 60296:2003重新修订了我国变压器油标准,正式推出GB 2536—2011《电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》标准。修订后的标准承袭了IEC 60296:2003的划分标准,将变压器油分为通用和特殊两大类,通用型和特殊型又依据不同最低冷态投运温度分为0,-10,-20,-30,-40 ℃不同型号。相比于上一代版本,新的标准增加了两个牌号,在检验项目增加“总硫含量、抗氧化添加剂含量、2-微醛含量、析气性、带电倾向、稠环芳烃(PCA)含量和多氯联苯(PCB)含量”等,将部分测定方法增加或变更。由于GB 2536—2011是基于IEC 60296:2003修订,该标准与最新版国际标准IEC 60296:2020还存在诸多区别[12],见表7。

从表7标准对比看,相比于2020年最新的IEC 60296标准,我国基于IEC 60296:2003修订的现行标准缺少了颜色、腐蚀性含硫化合物、金属钝化添加剂等方面的性能要求,芳烃等不理想组分含量方面也略有区别。特别是对于氧化安定性更好的特殊型变压器油,新的IEC标准在热氧化条件下的产气特性方面提出更加清晰、明确的技术要求,相信这一技术指标在下一次的标准制定过程中势必会成为最重要的考虑之一[13]。

3 结论

1)伴随我国超/特高压输送电网的建设,高性能变压器油的需求呈持续增长趋势,超/特高压领域变压器油在很大程度上还是以高品质的环烷基产品为主。

2)我国变压器油的研制开发起步较晚,在标准制定、产品性能评估等方面充分借鉴了国际标准,随着近年来我国电力行业的飞速发展,在变压器油的性能要求方面我国势必会提出更高的要求,变压器油生产企业需要做好技术升级的准备。

3)从IEC 60296标准的最新变化来看,对变压器油的质量控制、环保等方面提出了更高的要求,变压器油生产企业应该提升基础油精制水平,提高油品洁净程度,从而从根本上提升变压器油的性能和运行质量。