新型绝缘油让变压器常规使用的寿命延长15倍
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一般矿物油变压器常规使用的寿命为20至30年。重庆电科院通过多年技术攻关，研制出抗老化三元混合绝缘油，可延长变压器的常规使用的寿命。相关成果已在重庆电网试点应用。
7月6日，在重庆110千伏桃花变电站，国网重庆市电力公司电力科学研究院混合绝缘油项目小组成员通过查看光纤测温等传感器数据，监测分析国内首台110千伏抗老化三元混合绝缘油变压器的运行情况。
这台变压器由重庆电科院联合变压器设备厂家生产，5月初投运。变压器使用的抗老化三元混合绝缘油由重庆电科院自主研发，具有抗老化、低黏度、低介质损耗、绿色环保等特点，关键性能指标优于国外混合绝缘油产品，可直接应用于新旧矿物油变压器，延长变压器的常规使用的寿命，提升变压器安全性能。
大部分矿物油变压器运行20至30年，就会因内部“油-纸”绝缘系统性能降低而要换掉绝缘油，甚至直接退出运行。目前，运行15至20年的矿物油变压器数量迅速增长，绝缘老化会增加变压器运行风险。
2012年，重庆电科院开始研究新型绝缘油技术，以电气、化学、物理、材料多学科交叉创新为牵引，研究矿物油、合成油、植物油等绝缘油材料的优缺点，确定了研发混合绝缘油、实现单一绝缘油性能优势互补的思路。研发人员通过模拟微观分子结构等方法，从十几种植物油中筛选出大豆油，并将大豆油与矿物油混合，研发出可延长变压器寿命、能够在现场直接换装的混合绝缘油。2014年5月至今，混合绝缘油在国网重庆电力12台10千伏新旧变压器中直接灌装使用，这些变压器运作状况良好。
2017年1月，国家电网有限公司“领军人才”、重庆电科院副总工程师王谦牵头申报了公司科技项目“混合绝缘油变压器关键技术探讨研究”，逐步提升混合绝缘油的性能。为降低混合绝缘油的黏度和酸值，项目团队针对植物油的主要成分天然酯开展深入研究，通过分子角度的酯交换反应，将长链天然酯解离为短链脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同时利用无水乙醇萃取天然酯来降低酸值，最终使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，项目团队又升级了混合绝缘油配方，将矿物油、大豆油和棕榈油混合，研发出黏度低、介质损耗低、氧化安定性强的抗老化三元混合绝缘油，并将这种新型混合绝缘油应用于35千伏新旧变压器中。
试验验证，针对新变压器，绝缘纸在抗老化三元混合绝缘油中的老化速率仅为在矿物油中的52%；旧变压器换装抗老化三元混合绝缘油与换装矿物油相比，绝缘纸的老化速率降低65%。“我们通过X射线光电子能谱及红外光谱联合分析，发现大豆油和棕榈油混合生成的新基团起到了进一步延缓‘油-纸’绝缘系统老化的作用。”项目小组成员之一、重庆电科院设备状态评价中心变电技术室专责刘熊说。
在抗老化三元混合绝缘油研发过程中，项目团队攻克多项技术难题，掌握了可延长变压器运行寿命的前沿技术。
“我们首先在实验室中开展模拟试验，再批量生产抗老化三元混合绝缘油。但首次批量生产并不像模拟试验那样顺利。”刘熊说。
刘熊和小组成员在实验室验证了抗老化三元混合绝缘油的混合流程，优化了混合方案，但在变压器设备厂家开展10吨绝缘油混合调配时，出现了绝缘油微水超标的现象。项目团队对原材料、混合比例、抗氧化剂添加流程、滤油方式等逐一排查，经过7天的试验和分析，发现是滤油设备参数设置问题导致了绝缘油混合后微水超标。随后，他们调整了滤油设备参数，再次过滤调配的混合绝缘油，最终使混合绝缘油各项参数满足了要求。
测试绝缘油中溶解气体的成分和含量可以诊断变压器内部发生的故障。但由于混合绝缘油与矿物油成分存在一定的差异，传统应用于矿物油变压器的诊断方法不能直接应用于混合绝缘油变压器。项目团队模拟了混合绝缘油变压器热故障及放电故障等，研究不同故障中油中溶解气体的成分、含量等情况，提出了根据混合绝缘油中溶解气体来诊断变压器故障的方法。
“我们开展了一系列模拟试验，跟踪收集大量运行数据，完善了抗老化三元混合绝缘油变压器状态评估、故障诊断和运维技术，为混合绝缘油变压器运维提供了依据。”王谦介绍。
抗老化三元混合绝缘油变压器寿命是传统矿物油变压器寿命的1.5倍以上，即变压器的服役年限延长了。同时，与矿物油相比，三元混合绝缘油的生物降解率提升了25%，更加绿色环保。
2020年6月19日，重庆市科技成果转化促进会组织专家对抗老化三元混合绝缘油技术开展评价，相关专家觉得该技术达到了国际领先水平。
2022年迎峰度夏期间，重庆最高气温超过40摄氏度。持续高温大负荷导致国网重庆电力110千伏及以上重载变压器增多，给电网安全稳定运行带来挑战。
“为了应对高温大负荷，我们一定要尽快提升主变压器的耐高温性能，延缓变压器的‘油-纸’绝缘系统老化速率。”王谦介绍，项目团队决定向延长高电压、大容量主变压器寿命技术进军。
随后，项目团队先后申报了国网重庆电力科技项目“智能型高电压等级（110千伏）混合绝缘油变压器及其工程应用研究”，和公司科技项目“长寿命、低碳型高压大容量混合绝缘油变压器关键技术及工程应用”。
今年5月3日，经过项目团队近一年的努力，110千伏抗老化三元混合绝缘油变压器在桃花变电站应用。同时，项目团队在该变压器的内部绕组易发热点装设了光纤测温等传感器，为实时了解、掌握抗老化三元混合绝缘油变压器的运行特性提供了数据支撑。
目前，重庆电网有1台110千伏、3台35千伏和22台10千伏新旧变压器使用了抗老化三元混合绝缘油。项目团队还在研制220千伏大容量混合绝缘油变压器样机。
抗老化三元混合绝缘油技术的升级及应用推动了变压器核心材料技术的进步，促进了变压器行业绿色转型。截至5月底，项目团队获得国家发明专利授权11项，累计发表论文32篇。项目成果还获得了重庆市技术发明奖一等奖。
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