植物绝缘油的研究进展

植物绝缘油的研究进展

潘好伟杨圣超

(国网新疆电力公司电力科学研究院新疆乌鲁木齐830011)

摘要：介绍了植物绝缘油在国内外的研究现状，着重分析了植物绝缘油相比于矿物绝缘油在理化、电气性能、生物降解和节能减排特性上所具有的优势，同时提出了今后研究工作的发展方向。

关键词：植物绝缘油；理化性能；电气性能；生物降解；节能减排；环保

1.引言

矿物绝缘油具有优良的理化性能和电气绝缘及冷却特性，可起到绝缘、散热冷却和熄灭电弧等作用，被广泛应用于油浸式电力变压器中已有近百年的历史。然而矿物绝缘油的燃点低（160℃左右），在变压器过热或内部短路故障情况下，可能发生火灾或爆炸事故，无法满足矿山、军事设施以及高层建筑等场所高防火性能的要求，而且矿物绝缘油的生物降解性能差（低于30%），是一种非环保型的液体绝缘材料，一旦发生泄漏将会对周边环境造成严重的污染和破坏。此外，矿物绝缘油是一种不可再生的石油产品，大量使用会侵占有限的石油资源，进而加剧石油资源的紧缺和枯竭。因此，开发能够替代矿物绝缘油的高燃点、可降解、可再生、节能环保的新型液体绝缘介质已成为一个研究热点，具有良好的发展前景。

植物绝缘油是由天然的油料作物经压榨、精炼和改性等工艺制备而成，其理化、电气绝缘性能良好，能够达到电力用油的要求；燃点高于300℃，防火安全性能突出；自然生物降解率高达97%以上，不会对土壤和水源等造成环境污染；原料来源广阔，兼具可再生的优点；极有可能作为替代矿物绝缘油的新型液体绝缘材料。

2.植物绝缘油的发展现状

植物绝缘油的研究是与矿物绝缘油同期开展的，由于植物绝缘油的凝点高、粘度大、抗氧化性差，在早期未能得到推广应用，其用途仅局限于电容器中。直到20世纪90年代以后，人们才开始研发新型植物绝缘油，并逐渐使用其作为电力变压器的液体绝缘介质。

随着美国、欧盟及日本等国家对植物绝缘油的深入研究，截止至目前，已经有数家公司生产的植物绝缘油进入了商业销售阶段，主要有ABB公司的BIOTEMP，Cooper公司的FR3，M&IMATERIALS公司的MIDELeN，日本AE帕瓦株式会社的PFAE等，并且在电力变压器中得到了良好的工程应用。

植物绝缘油的研究在国内起步较晚，随着近些年的不断突破，现在已经取得了长足的进步，并相继形成了植物绝缘油产品，主要有重庆大学的RDB、国网电力科学研究院武汉南瑞有限公司的VinsOil以及国网河南省电力公司电力科学研究院的NP等。

3.植物绝缘油的特性

3.1理化性能

从表1可以看出，国内外新型植物绝缘油的闪点和燃点均超过300℃，约为传统矿物绝缘油的两倍，符合高燃点绝缘油的规定，可广泛应用于对防火性能要求高的地区。但是其局限性主要表现在，界面张力较小，运动粘度、酸值、凝点以及含水量等理化参数相对于矿物绝缘油偏高。

植物绝缘油的运动粘度较大，其散热能力比矿物绝缘油差，但是植物绝缘油具有较高的热传导效率，有利于热量的扩散传递，从一定程度上能够弥补因粘度大而引发的散热性能缺陷。此外，可通过选择适当的改性剂及添加比例来减小植物绝缘油的粘度。

植物绝缘油的酸值偏高，这是由于植物绝缘油中甘油三酸脂分子极易水解并产生大量的高分子酸而导致的结果，可采取精炼工艺与中和处理的办法使植物绝缘油的酸值降低。

植物绝缘油的凝点较矿物绝缘油高，其低温流动性能较差，可通过选择脂肪酸饱和程度较低的油料种子和添加适当的抑制剂等方法使植物绝缘油的凝点下降。

植物绝缘油的含水量大于矿物绝缘油，然而在相同温度下，植物绝缘油的相对饱和含水量远远大于矿物绝缘油，可以有效地吸收绝缘纸板中的水分，延缓变压器中绝缘材料的老化。

3.2电气性能

从表1可以看出，植物绝缘油具有良好的电气绝缘性能，工频击穿电压和相对介电常数均高于矿物绝缘油，介质损耗因数偏大，体积电阻率较小，完全能够达到相关标准的要求。

植物绝缘油是混脂肪酸甘油三酯的混合物，其分子均为明显的不对称结构，而矿物绝缘油的主要成分为直链烷烃或环烷烃，分子结构比较对称，因此植物绝缘油的分子极性高于矿物绝缘油，使其具有较大的介电常数，与绝缘纸板的介电常数更为接近，从而使得植物绝缘油与绝缘纸板的配合更好，能够有效地改善油纸绝缘中的电场分布，延长油纸绝缘的电老化寿命。据相关研究表明，植物绝缘油的介质损耗因数虽然较高，但是经过一系列处理后即可大幅降低。

3.3生物降解特性

植物绝缘油在微生物的作用下，经过酶催化反应分解为CO2、H2O，或经过一系列的生物化学合成作用，代谢转化为构成微生物细胞物质的中间产物，分解转化速度较快。植物绝缘油的生物降解率均

在97%以上，远远高于传统矿物绝缘油的生物降解率（30%），在自然界中可以快速并且彻底降解，几乎不会对环境造成任何破坏，充分展示其环境友好的特点。由此可见，植物绝缘油是一种真正意义上的绿色环保绝缘介质。

3.4节能减排特性

目前，国内每年仅10kV变压器就新增约100万台，其中80%以上为油浸式变压器，如果这些变压器能够推广应用植物绝缘油，就可以极大限度地提升电力变压器的安全运行性能，进而提高电网抵御风险的能力。

以平均生产一台10kV矿物绝缘油变压器为例，其使用的矿物绝缘油需要石油原料为0.3吨，二氧化碳排放量为0.89吨（二氧化碳排放量=石油原料用量×标准煤系数1.4286×石油排放系数2.08）。按全国每年10kV变压器的用量计算，需要石油原料为24万吨，二氧化碳排放量为71.2万吨。若再进一步考虑35kV及以上电压等级变压器的用量，则石油原料用量和二氧化碳排放量将会急剧增加。

假设100万台10kV变压器中有0.5%更换植物绝缘油，则截止至2020年，将会有约2万台变压器挂网运行，节能总量为8572吨标准煤，二氧化碳减排量为17829吨。若再进一步考虑35kV及以上电压等级变压器的用量，则节能总量和二氧化碳减排量将会大幅提升，节能减排效果也将会更加显著。

4.结束语

未来研究可通过精炼工艺与添加改性剂的方法，制备出低粘度、低凝点、低酸值和低介损的植物绝缘油，并将其注入大型高压变压器中，充分发挥自身的性能优势，从而替代矿物绝缘油作为电力设备的绝缘介质，符合当前所倡导的低碳环保、节能减排的循环经济理念，具有良好的环境效益和社会效益，对推动建设绿色电网、发展绿色电力具有极其深远的影响。

参考文献:

［1］刘光祺，钟力生，于钦学，等．植物绝缘油研究现状［J］．绝缘材料，2012，45（3）：34－39．

［2］李剑，姚舒瀚，杜斌，等．植物绝缘油及其应用研究关键问题分析与展望［J］．高电压技术，2015，41（2）：353－363．

［3］杨涛，张小勇，王天，等．新型高燃点环保型液体绝缘介质—植物绝缘油［J］．中国油脂，2016，41（11）：41－45．