天然酯油的特性及应用于变压器时的注意事项

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摘要：文章介绍了天然酯油在生物降解性、阻燃性、耐潮能力、介电特性等方面相对于目前常用的矿物油和硅油的独特优势，并指出使用天然酯的变压器在设计时需要注意的几个方面。

关键词：天然酯；生物降解性；阻燃性；耐潮能力；介电特性

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）26-0076-03

1 矿物油的缺点

配电变压器一般分为油浸式和干式；其中油浸式具有生产工艺简单，技术成熟，过负荷能力强，价格便宜等特点；在电网市场95%以上都是油浸式，在工业领域40%以上用的也是油浸式配电变压器。配电变压器用的绝缘介质目前基本上是矿物油，如25#、45#油等，矿物油虽然便宜，但其自身也有一些缺点如下：

（1）易燃性：矿物油变压器在防火防爆方面明显有缺陷，特别是大型电力变压器，有些省局还要求配置充氮灭火装置。

（2）环境不友好：变压器漏出的矿物油是有毒废物，处理起来非常耗费人力和物力。

近年来，市场上出现了用酯类，特别是天然酯取代矿物油现象，并且在一些特殊工况要求的领域已经有了批量应用，如风电、盾构机行业等。从实际使用效果看，还是非常值得关注和肯定的。

2 天然油酯简述

20世纪80年代，酯类绝缘油开始出现，酯类是一种包含很大范围的有机化合物，由有机母体通过化学方法合成（合成酯），或由农产品得到（天然酯），合成酯的高成本使其只能用于特殊场合。天然酯已经发展成熟，成本上和性能上都已经适合作为绝缘介质。目前市场上主要有：FR3、Biotemp等，其中FR3是大豆提炼，Biotemp是葵花籽提炼的；天然酯类绝缘油其具有极好的阻燃性和生物降解性。本文后面的实验数据都是基于Biotemp油。

下表1是天然酯和矿物油，硅油的性能参数对比：

变压器的渗漏问题目前在全世界范围无法完全避免。而矿物油、硅油等传统变压器油一旦渗漏，就会对环境造成污染。且其自然降解过程极为缓慢，要几十甚至上百年才能完全降解。经研究证明，天然酯相对于矿物油和硅油，生物降解性能非常优异。葵花籽提炼的Biotemp油可以达到99%的降解率。

3.2 阻燃特性

天然酯油的着火点高于300℃，FM（工厂联合保险商协会（Factory Mutual）全球和UL（美国保险商实验室 Underwriter Laboratories Inc.）根据IEC61100将其归类为“K2液”；和矿物油相比，天然酯油不易挥发。天然酯油燃烧时产生的气体较少，因此压力也较小；可以减少产生高能量电弧故障，减少爆炸和相关的附带损害的风险；和矿物油相比，被点燃的时间更长，燃烧后只产生CO2和H2O，最大限度地保护环境。下面两张照片是在美国做的天然酯油和普通矿物油的燃烧对比试验视频截图。可以明显看到，天然酯油燃烧产生的火焰和爆炸能量都要明显比普通矿物油小。

4 设计变压器时的注意事项

由于天然酯油的特点，在具体应用和变压器设计上，相对于普通矿物油或硅油有所不同，需要注意。

4.1 介电性能的考虑

尽管其具有优良的电气性能，与矿物油相比，天然酯具有两个不同的特性，导致了不同的设计规则，例如：击穿机理（非常快的发展速度）和较大绝缘间距的击穿强度（较弱）。

4.2 散热的考虑

尽管具有较高的热容和热传到率，与矿物油相比，天然酯具有较大的粘度，也导致其需要不同的设计规则，例如：需要优化冷却通道，避免高的线圈、铁芯及其他结构的热点温度；需要优化散热器或冷却器的优化设计，补偿其较低的冷却能力；另外对整个系统的优化设计，其他的温度影响也应得到考虑：

4.3 运行环境温度的考虑

与矿物油相比，天然酯表现出较高的倾点，变压器只有运行在温暖的环境下才优势明显，BIOTEMP?是由不同凝固点酯组成的酯，所以不会突然凝固或溶化；在小容量配电变压器中，BIOTEMP?变压器成功的通过了-70℃冷起动试验。

4.4 附件的考虑

4.4.1 材料相容性。变压器内大部分材料都与天然酯兼容，其中关键器件是密封和垫圈的材料，天然酯可兼容橡胶和丁腈密封件；另外，对于Viton?、碳氟化合物，则可用于更高绝缘等级的变压器。

4.4.2 散热器设计。使用天然酯需要特殊设计，但在寒冷地区，需更多散热器来冷却，以抵消天然酯高粘稠性的影响。

4.4.3 泵的设计。由于天然酯的高粘稠性，变压器设计应避免使用泵；通常推荐容积泵。

4.4.4 套管的选用。使用天然酯的变压器不推荐使用电容式套管。

4.4.5 调压开关应用。实验显示使用天然酯机械接触磨损和接触寿命比矿物油好。但天然酯与矿物油相比氧化稳定性低，要避免与空气直接接触。

5 结语

天然酯油具有极好的生物降解性和阻燃性，在耐潮能力、介电特性方面也优于普通矿物油；从这几年变压器市场天然酯油实际使用的业绩看，以Biotemp油为代表的天然酯油应该有更大的推广空间。

参考文献

[1] 张网，李晋，张欣，任常兴，王婕.高燃点植物绝缘油与其他绝缘油的火灾危险性比较[J].供用电，2009，26（6）.

[2] 胡锦丽.绿色环保绝缘材料应用―天然酯绝缘油的发展回顾[J].电工文摘，2011，（5）.

[3] Jonathan Piel，Jerry Corkra.一种安全可靠且环保的种子级变压器绝缘油[J].电力设备，2008，9（11）.

[4] 李晓虎，李剑，杜林，等.一种转基因菜籽绝缘油的电气性能[J].中国电机工程学报，2006，26（15）.

[5] 李晓虎，李剑，孙才新，等.植物油中提取的环保液体绝缘材料[J].重庆大学学报：自然科学报，2005，28（1）.

[6] 廖瑞金，梁帅伟，杨丽君，孙会刚.天然酯纸绝缘加速热老化特性的研究[A].重庆市电机工程学会2008年学术会议论文集[C].

[7] OommenT V . Vegetable oils for liquid filled transformers[J].IEEE Electrical Insulation Magazine，

2002，18（1）.

作者简介：彭勇（1974-），男，安徽叶集人，合肥ABB变压器有限公司高级工艺工程师，机械工程硕士，研究方向：电力变压器的设计及工艺。