浅析植物绝缘油应用研究

浅析植物绝缘油应用研究

李星1李洋2雷延祥3孙枭1

（1.国网新疆电力科学研究院；2.新疆西北产品质量检测研究中心；3.国网和田电力公司）

摘要：本文阐述了植物绝缘油的研究背景和现状，对国内相关研究进行介绍，通过对比各类绝缘油的理化性能，提出低温特性是影响其在我国极寒地区应用的主要因素，应作为后续研究侧重点。

引言

矿物绝缘油作为变压器常用绝缘介质，其主要作用为：变压器内部绝缘、热传导、灭弧等。矿物绝缘油通过分馏石油得到的，主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃等化合物，其燃点仅为160°左右[1]，使得在变压器过载或内部短路的状况下，容易发生火灾并引起连锁事故。此外，传统矿物质绝缘油难以分解，其降解度不足30%，属于非环保的液体绝缘材料，容易造成环境污染，特别是在水源地附近的矿物绝缘油变压器，一旦发生泄露将会造成严重的环境污染。俄罗斯萨彦--舒申斯克水电站于2009年发生重大事故，约40吨的变压器矿物绝缘油泄露到叶尼塞河中，叶尼塞河流域严重污染[2]；2017年3月，厦门市同安区发生变压器运输途中侧翻，导致变压器油泄漏，时适雨季严重威胁当地饮用水源---汀溪水库的安全。因此，开发新型高燃点、降解度高、可再生的绝缘油成为新的研究方向。

1.研究背景

植物油是由不饱和脂肪酸和甘油化合而成的化合物，具有环保、可再生的特性，但其凝固点较高、易氧化、流动性差，早期较少用作绝缘油。鉴于蓖麻油和棉籽油比传统的矿物绝缘油具有较高的介电常数，1962年FMClark提出将其应用于电容器中[4]。在1971年Kamath等人对椰子油、氢化蓖麻油、花生油用作电力设备中绝缘油的可行性进行研究，于1974年提出蓖麻油更适合作为电容器绝缘油[5]。1985年采用添加剂改善大豆油的电化学能使其作为电容器绝缘介质的专利在美国获得专利授权[6]，开启了利用植物油用作电力绝缘的新纪元。受当时化工业技术限制，早期植物油仅能满足其作为电力电容器绝缘介质的使用。

二十世纪九十年代以来，随着国外环保法令的颁布及石油价格上涨，植物油作为电力绝缘油的研究再次受到重视。随后国外相关产品纷纷问世，主要有ABB公司BIOTEMP植物绝缘油、库柏公司的FR3（现为嘉吉公司产品）、日本AE帕瓦株式会社研究开发的棕榈油为原料的PFAE等植物绝缘油。以上植物绝缘油主要以菜籽油、大豆油、橄榄油等食用油为基油制备；相关试验表明：新型植物绝缘油具备高燃点、降解率高，其燃点高达300°、28天自然降解率高达95%，工频击穿电压超过70kV[8]，相比植物油原油其流动性增强、抗氧化性显著提高。

2.研究现状

国内对变压器植物绝缘油研究始于近年来，受制于国外技术封锁和垄断，我国植物绝缘油变压器在电力系统中的应用还较少，尚无成熟商业应用产品。

国内对变压器植物绝缘油的研究相对较少，主要有重庆大学、武汉大学等。重庆大学李剑等通过对菜籽油、棉籽油及花生油的理化与电气性能研究对比，得出菜籽油综合性能最佳的结论，同时其能通过界面粘滞力、亲水性和氢键作用等方式，对微水从菜籽绝缘油向绝缘纸中的扩散具有明显的抑制作用[9-10]；李晓虎博士通过研究发现，即是油酸含量最高的植物油，通过精炼后，其理化及电气性能均能达到GB/T2536-1990《变压器油》的要求，且其介电常数比矿物绝缘油高，使植物油–纸绝缘结构的电场分布较矿物油–纸绝缘结构的均匀，因此电老化性能优于矿物油–纸绝缘[11-12]。

武汉大学刘格霞以市售大豆油精炼制备植物绝缘油，关键性能指标满足“变压器油（GB2536-90）”标准对500kV超高压电气设备用油的要求[13]；周璇菜以籽油与甲醇为原料，在氢氧化钠的催化下制得菜籽绝缘油，工频击穿电压为55.5kV，能满足ASTMD6871—03标准及GB/T2536变压器油的要求[14]。

西安交通大学也开展植物绝缘油的研究工作，相关文献较少。研制的植物油的电气性能接近FR3，后期研究方向主要是优化精炼工艺和利用添加剂（改性剂）改善性能[15]。

3.应用现状

目前国外已经商业化的植物绝缘油主要有ABB公司的BIOTEMP植物绝缘油、嘉吉公司的EnvirotempFR3植物绝缘油等。国内的植物绝缘油产品主要有重庆大学自主研发的RDB植物绝缘油，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研制的NP，广东卓原新材料科技有限公司的RAPO等。以RAPO、RDB为国产植物绝缘油代表，与国外植物油植物绝缘油和普通矿物绝缘油的理化性能及相应的国家标准进行对比[17]。

表1植物绝缘油及矿物绝缘油理化性能对比

注：RAPO植物绝缘油相关参数来源于卓原公司材料。

由上表可知：植物绝缘油的闪电明显高于传统矿物质绝缘油，降解率也较好；凝点明显高于矿物质绝缘油，鉴于植物绝缘油中含有多种甘油三酸酯，当油中脂肪酸的饱和度越高凝点越高，对应的低温流动性能越差，严重影响其在低温地区的应用[16]。

目前国内植物绝缘油变压器应用较多地区为河南省，卓原公司RAPO植物绝缘油主要以东南部地区为主，西北、东北极寒地区采用植物绝缘油变压器的应用仍较少。国网电科院在-30°低温试验室10kV/315kVA对于大豆绝缘油变压器进行测试，发现：凝固后的绝缘油耐压下降了3.2kV，油纸混合结构的耐压水平基本没变反而提高了1kV；于2012年6月在内蒙古赤峰进行挂网运行，在最低气温为-27℃的内蒙古赤峰挂网持续运行23个月，运行情况良好[17]。

4.结语

植物绝缘油作为一种新型环保、安全的变压器绝缘介质，具有优良的理化性能和电气性能，低温特性作为影响其在极寒地区应用的重要因素，后续需要对其重点进行研究。

参考文献：

[1]杨雁，袁磊，王谦，等.不同复合热稳定剂对矿物油-改性纸绝缘系统热老化特性的影响[J].高电压技术，2013，39（5）：1121-1127.

[2]OommenTV.Vegetableoilsforliquid-filledtransformers[J].IEEEElectricalInsulationMagazine，2002，18（1）：6-11.

[3]刘元秀，张光蓉.俄罗斯萨彦-舒申斯克水电站事故及启示[J].四川水力发电，2013，32（5）：133-139

[4]OommenTV.Vegetableoilsforliquid-filledtransformers[J].IEEEElectricalInsulationMagazinKamathKM.VariationofDielectricPropertiesofSomeVegetableOilsintheLiquid-solidTransitionPhase[J].IndianJournalTechnology，1971，9：312-313.

[5]KamathKM.VegetableOilsforElectricalUse—ProcessingandApplication[J].IndustrialEngineering（I）Journal-EL，1975，56：64-70.

[6]VandosShedigian，EmhartIndustries.Non-toxicImpregnatforElectricalapacitors：US，4536331[P].1985-08-20.

[7]ShedigianV.Dielectricfluidofsoybeanoil，butylatedhydroxyanisolepreservativeandunsaturatedalkanegasabsorber：USA，4536331[P].1985-08-20.

[8]PerrierC，BeroualA.Experimentalinvestigationsoninsulatingliquidsforpowertransformers：mineral，ester，andsiliconeoils[J].IEEEElectricalInsulationMagazine，2009，25（6）：6-13.

[9]李剑，党剑亮，杨丽君，等.三种植物绝缘油的理化与电气性能的比较[J].重庆大学学报（自然科学版），2007，30（9）：42-45.

[10]李剑，陈晓陵，张召涛，等.植物油绝缘的微水扩散特性[J].高电压技术，2010，36（6）：1379-1384

[11]李晓虎.植物绝缘油理化及电气性能的研究[D].重庆：重庆大学，2006.

[12]李晓虎，李建，孙才新，等.植物油–纸绝缘的电老化寿命试验研究[J].中国电机工程学报，2007，27（2）：18-22.

[13]刘格霞，陈江波，等.大豆绝缘油的制备与性能研究[J].可再生能源，2012，30（10）：61-66.

[14]周璇，陈江波，等.菜籽油酯交换制备植物绝缘油及电气性能研究[J].应用化工，2012，41（8）：1375-1379.

[15]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.

[16]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

[17]王珊珊，周竹君，梁嗣元.变压器用植物绝缘油的低温特性试验研究[J].电工电气，2014，12：48-50.