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今年这个变压器有点“绿”

来源:黄大仙三肖中肖日期:2017-12-08 15:15:33

绝缘油在油浸式变压器中起绝缘和冷却的作用,是变压器中最重要的一种液体绝缘介质,其对变压器的安全稳定运行具有重大意义。油浸式变压器诞生之初,在1880年,植物绝缘油(或称天然酯)曾被研究过在变压器中的应用;1892年,Elihu Thomson将矿物绝缘油应用于变压器中,之后矿物绝缘油因其性能优良,价格低廉在油浸式变压器中占据主导地位。直至1990年,随着环保和安全问题的日益凸显,植物绝缘油重新进入人们的视野,目前在美国、欧洲、澳洲、巴西、印度等地广泛应用,其应用变压器数量已接近100万台。下面我们有幸邀请到广东卓原新材料科技有限公司的技术总监李华强博士,聊一聊植物绝缘油方面的问题,希望能对大家有所启发。

李华强:广东卓原新材生产的RAPO植物绝缘油是一种主要应用于油浸式变压器的液体绝缘介质,其基于环保、安全的理念,融合了生物、化工及电气领域的技术,具有良好的环保性低碳排放、高生物降解度、生物无毒;极高安全性燃点高,抗燃特性好;可延长变压器寿命,减少变压器的全寿命周期成本等优点。可有效解决油浸式变压器在工矿、林区、农田、水上等要求高环保、高安全地区的应用问题。

在产品的研发之初,考虑到虽然矿物绝缘油变压器的性能优良,但其环保特性较差,在防火安全性要求较高的地区无法使用,其环保及防火的瓶颈主要在于其中的液体绝缘介质,如能使用环保特性好,高燃点的绝缘油替代传统矿物绝缘油,一方面可保持油浸式变压器的优良性能,另一方面可扩大油浸式变压器的应用范围。

技术上,植物绝缘油来自于天然油料作物,其生产过程主要包括三个阶段,首先从生物角度对油料作物进行选型,其次利用化工技术对天然植物油进行精炼,得到符合变压器要求的植物绝缘油,最后对植物绝缘油进行理化、电气特性测试评估,整个工艺中生物、化工、电气三个学科互相交叉融合,精炼与性能评估过程形成反馈环,反复研究、递进、验证,最终得到性能优良的植物绝缘油。

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植物绝缘油对环境无污染,无毒害,其环境效益突出。植物绝缘油来源于天然油料作物,不同原料来源的植物绝缘油其成分略有不同,但主要成分均为甘油三酯,因此无毒无害。经权威机构测试,RAPO植物绝缘油经口毒性无毒,对水生动物无毒性,生物降解度21天大于98%。从而在植物绝缘油变压器的应用过程中,即使发生泄露,植物绝缘油也不会对环境造成危害,且很快会被微生物分解。而矿物绝缘油对生物有一定的毒性,难以生物降解,泄漏后会对环境造成持续性的危害。此外,因植物绝缘油源于天然油料作物,绿色植物在进行光合作用的过程中可吸收CO2,且其制备工艺过程亦比矿物绝缘油产生较少的碳排放量,从而其相较矿物绝缘油可有效降低碳排放量。

植物绝缘油的防火能力较强,具备很高的安全效益。植物绝缘油的燃点高于350℃,远高于传统矿物绝缘油(低于160℃),其引燃时间、烟气产生率、扩散速度等指标均优于矿物绝缘油。美国UL340标准将其火灾风险性列为45级,低于石蜡基绝缘油(10~20级),远低于煤油(3040级)。国际著名变压器公司也曾同时模拟植物绝缘油及矿物绝缘油变压器的燃爆试验:对试验变压器施加高能电弧,保持8000 A3个循环,结果表明,矿物绝缘油变压器罐盖炸飞,出现巨大火球;而植物绝缘油变压器缸盖仅有泄气现象,并未像矿物油变压器那样产生燃爆现象。植物绝缘油变压器在10多年的应用历程中并无起火记录,防火表现远超矿物油变压器及干式变压器。因变压器一旦发生起火,造成损失巨大,损失量远超变压器本身价值,从而植物绝缘油变压器的安全性有效保障了其总体效益的实现。

 

变压器油在长期使用后,其击穿场强仅下降10%左右,且劣化的变压器油可较为方便的进行更换,而绝缘纸的劣化是不可逆转的,从而变压器的寿命主要取决于其中绝缘纸的寿命。绝缘纸的劣化主要受温度、水分、氧气、电场及机械力的影响。由于植物绝缘油较矿物绝缘油的分子极性大、吸水能力强,与绝缘纸配合时,可使绝缘纸中水分更低,因此绝缘纸在植物油中的寿命更长。根据IEC 60076.14IEEE C57.154给出的变压器寿命公式:Life(T)=A×e^(15000/(T+273)) ,其中T为变压器中热点温度()。矿物油的A=9.8×10-18,植物绝缘的A=7.25×10-17。可见,植物绝缘油变压器的寿命理论上为矿物油的58倍。

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植物绝缘油在环保、安全方面优势突出,因此可拓展传统油浸式变压器的应用区域,尤其适用于人群密集、防火要求较高的地区,如化工、矿业、石化、海上、河道、鱼塘、农田、森林及自然生态保护区等区域。植物绝缘油为低碳排放产品,可降低国家碳排放,减少温室效应。此外,植物绝缘油变压器的理论寿命远长于矿物绝缘油变压器,从而可降低油浸式变压器的全寿命周期成本。

Q&A

植物绝缘油有何缺点,应如何克服?

植物绝缘油目前的主要缺点是粘度较高、抗氧化性较差。植物绝缘油属于燃点超过300℃的高燃点油,所有高燃点油都具有粘度较高的问题,较高的粘度造成其散热能力较矿物油低,根据成熟经验,在变压器结构保持不变的情况下,植物绝缘油变压器相对于矿物绝缘油变压器的温升差异如下:对于1000kVA及以下容量,温升提高1℃;5000kVA及以下容量,温升提高24℃度,10000kVA及以下容量,温升提高4~7℃。变压器设计时,如原有设计的温升裕量可满足要求,则无需更改其设计结构,如裕量不够,则首先应修改散热片以满足温升要求。

植物绝缘油的抗氧化能力较矿物油弱,不适用于开放式变压器,其灌注的变压器应采用全密封式结构,以防止氧气与植物绝缘油相互作用,降低其理化、介电性能。

植物绝缘油变压器可耐受的温升?

IEC2004年推出了IEC 6007614《采用高温绝缘材料的液浸式变压器的设计和应用》,并于20092013年陆续推出第二版及第三版,IEEE也于2012年推出了几乎相同的标准,目前国内使用的标准是GB/Z 1094.14《采用高温绝缘材料的液浸式变压器的设计和应用》,等同于IEC 6007614 2009版。三者均认同植物油变压器可采用更高的温升等级,其温升在数值上略有差别,但均远高于传统矿物绝缘油变压器的温升,其中,油顶层温升高出2030K,绕组平均温升高出2050K,热点温升高出3282K。此外,IECIEEE标准还指出,因而如采购商和生产商达成一致,可将普通绝缘纸及热改性纸当作耐高温固体绝缘材料使用。

植物绝缘油变压器高温升所带来的好处?

相对于传统矿物油变压器,植物油变压器可允许更高的温升,因而在设计上可提高变压器线圈中的电流密度,或减少变压器的散热结构需求,或两者兼而有之。高温升设计可缩小植物油变压器体积和重量;减少变压器材料使用量;降低变压器成本。目前,全球最大的420kV植物油变压器即采用高温升设计。

植物绝缘油变压器生产中需注意的问题?

如原有设备为矿物油或合成酯油处理设备,该两种油与植物绝缘油完全相容,可利用原设备处理植物绝缘油,但应首先用部分植物绝缘油对设备进行冲洗。注意不能与硅油处理设备互相混用,因硅油与其余几种油并不相容。

如植物绝缘油变压器出现故障,需要吊芯维修时,应采取真空干燥或煤油气相干燥方式,以防止植物绝缘油在变压器线圈上凝结。

植物绝缘油在变压器中的应用前景?

植物绝缘油在全球已有十多年的应用历程,我国起步较晚,但已引起国家相关部门的重视。

2014年,国家电网将植物油列入其发布的《新技术目录2014版》中,之后在其《国家电网公司关于发布<国家电网重点推广新技术目录(2014版)>》(国家电网科(2014847号)中明确将植物油列入示范应用计划

2015年,工业和信息化部、质检总局、发展改革委联合发布《配电变压器能效提升计划(2015-2017年)》(工信部联节[2015]269号),其中明确指出“重点解决高性能、环保型植物油抗老化和量产问题,促进环保型植物油推广应用”,“开展新型高效配电变压器应用技术研究,加强高燃点植物油配电变压器的适用场合和技术可靠性”;

国标《海上风力发电场设计规范(征求意见稿)》中明确指出:“升压变压器可选用体积紧凑,耐潮湿、耐盐雾的干式变压器或高燃点环保型绝缘油的油浸式变压器。同时,海上升压站的站用变压器应选用干式或高燃点环保油设备。”西门子海上风电机组配套的升压变压器已采用高燃点的环保型液浸式变压器。

基于优异的环保属性、抗燃抗污染能力、高过负载能力及高寿命等特点,植物油变压器具有广阔的发展前景。