絕緣油在油浸式變壓器中起絕緣和冷卻的作用,是變壓器中最重要的一種液體絕緣介質,其對變壓器的安全穩定運行具有重大意義。油浸式變壓器誕生之初,在1880年,植物絕緣油(或稱天然酯)曾被研究過在變壓器中的應用;1892年,ElihuThomson將礦物絕緣油應用于變壓器中,之后礦物絕緣油因其性能優良,價格低廉在油浸式變壓器中占據主導地位。直至1990年,隨著環保和安全問題的日益凸顯,植物絕緣油重新進入人們的視野,目前在美國、歐洲、澳洲、巴西、印度等地廣泛應用,其應用變壓器數量已接近100萬臺。下面我們有幸邀請到廣東卓原新材料科技有限公司的技術總監李華強博士,聊一聊植物絕緣油方面的問題,希望能對大家有所啟發。
李華強:廣東卓原新材生產的RAPO植物絕緣油是一種主要應用于油浸式變壓器的液體絕緣介質,其基于環保、安全的理念,融合了生物、化工及電氣領域的技術,具有良好的環保性—低碳排放、高生物降解度、生物無毒;極高安全性—燃點高,抗燃特性好;可延長變壓器壽命,減少變壓器的全壽命周期成本等優點。可有效解決油浸式變壓器在工礦、林區、農田、水上等要求高環保、高安全地區的應用問題。
在產品的研發之初,考慮到雖然礦物絕緣油變壓器的性能優良,但其環保特性較差,在防火安全性要求較高的地區無法使用,其環保及防火的瓶頸主要在于其中的液體絕緣介質,如能使用環保特性好,高燃點的絕緣油替代傳統礦物絕緣油,一方面可保持油浸式變壓器的優良性能,另一方面可擴大油浸式變壓器的應用范圍。
技術上,植物絕緣油來自于天然油料作物,其生產過程主要包括三個階段,首先從生物角度對油料作物進行選型,其次利用化工技術對天然植物油進行精煉,得到符合變壓器要求的植物絕緣油,最后對植物絕緣油進行理化、電氣特性測試評估,整個工藝中生物、化工、電氣三個學科互相交叉融合,精煉與性能評估過程形成反饋環,反復研究、遞進、驗證,最終得到性能優良的植物絕緣油。
植物絕緣油主要成分均為甘油三酯,因此無毒無害。
植物絕緣油對環境無污染,無毒害,其環境效益突出。植物絕緣油來源于天然油料作物,不同原料來源的植物絕緣油其成分略有不同,但主要成分均為甘油三酯,因此無毒無害。經權威機構測試,RAPO植物絕緣油經口毒性無毒,對水生動物無毒性,生物降解度21天大于98%。從而在植物絕緣油變壓器的應用過程中,即使發生泄露,植物絕緣油也不會對環境造成危害,且很快會被微生物分解。而礦物絕緣油對生物有一定的毒性,難以生物降解,泄漏后會對環境造成持續性的危害。此外,因植物絕緣油源于天然油料作物,綠色植物在進行光合作用的過程中可吸收CO2,且其制備工藝過程亦比礦物絕緣油產生較少的碳排放量,從而其相較礦物絕緣油可有效降低碳排放量。
植物絕緣油的防火能力較強,具備很高的安全效益。植物絕緣油的燃點高于350℃,遠高于傳統礦物絕緣油(低于160℃),其引燃時間、煙氣產生率、擴散速度等指標均優于礦物絕緣油。美國UL340標準將其火災風險性列為4~5級,低于石蠟基絕緣油(10~20級),遠低于煤油(30~40級)。國際著名變壓器公司也曾同時模擬植物絕緣油及礦物絕緣油變壓器的燃爆試驗:對試驗變壓器施加高能電弧,保持8000A達3個循環,結果表明,礦物絕緣油變壓器罐蓋炸飛,出現巨大火球;而植物絕緣油變壓器缸蓋僅有泄氣現象,并未像礦物油變壓器那樣產生燃爆現象。植物絕緣油變壓器在10多年的應用歷程中并無起火記錄,防火表現遠超礦物油變壓器及干式變壓器。因變壓器一旦發生起火,造成損失巨大,損失量遠超變壓器本身價值,從而植物絕緣油變壓器的安全性有效保障了其總體效益的實現。
變壓器油在長期使用后,其擊穿場強僅下降10%左右,且劣化的變壓器油可較為方便的進行更換,而絕緣紙的劣化是不可逆轉的,從而變壓器的壽命主要取決于其中絕緣紙的壽命。絕緣紙的劣化主要受溫度、水分、氧氣、電場及機械力的影響。由于植物絕緣油較礦物絕緣油的分子極性大、吸水能力強,與絕緣紙配合時,可使絕緣紙中水分更低,因此絕緣紙在植物油中的壽命更長。根據IEC60076.14及IEEEC57.154給出的變壓器壽命公式:Life(T)=A×e^(15000/(T+273)),其中T為變壓器中熱點溫度(℃)。礦物油的A=9.8×10-18,植物絕緣的A=7.25×10-17。可見,植物絕緣油變壓器的壽命理論上為礦物油的5~8倍。
植物絕緣油在環保、安全方面優勢突出,因此可拓展傳統油浸式變壓器的應用區域,尤其適用于人群密集、防火要求較高的地區,如化工、礦業、石化、海上、河道、魚塘、農田、森林及自然生態保護區等區域。植物絕緣油為低碳排放產品,可降低國家碳排放,減少溫室效應。此外,植物絕緣油變壓器的理論壽命遠長于礦物絕緣油變壓器,從而可降低油浸式變壓器的全壽命周期成本。