摘要：变压器作为电力系统中的重要设备，其运行的安全和稳定性直接影响电力系统的运行。电力变压器油纸绝缘作为变压器的最重要的绝缘系统，其老化程度和状态成为判断电力变压器健康运行状态的一个重要指标。近年来，随着电力变压器绝缘技术得发展，植物绝缘油由于其环保等因素开始逐渐取代矿物绝缘油并作为电力变压器液体绝缘介质用于中小型电力变压器，目前我国已成功将植物油变压器应用于35KV及以下的低压配电网。
关键词：变压器；植物绝缘油；环保材料
1. 应用植物绝缘油的背景及意义
矿物绝缘油作为电力变压器的液体绝缘介质已经有近百年的历史，主要是因为矿物绝缘油抗氧化性和低温流动性较好，并且产量丰富。但是矿物绝缘油也有闪点低、生物降解困难等缺点，油枕中的矿物油一旦发生泄露事故，将会严重污染环境。
因此，将植物绝缘油作为电力变压器的液体绝缘介质应用于油纸绝缘系统成为当前的研究热点。1999年，ABB公司生产的BIOTEMP植物绝缘油取得发明专利，从此，植物绝缘油开始应用于小型变压器。到目前，应用最大的植物绝缘油还有Cooper公司生产的FR3植物绝缘油，我国植物绝缘油应用技术起步相对比较晚，我国主要是重庆大学自主研发的RDB植物绝缘油。
2.植物绝缘油的优势
植物绝缘油大多取于花生、蓖麻、大豆等天然植物种子，其主要成分是甘油三酯，由于甘油三酯具有快速且完全的生物降解特性，并且，经过水生物测试之后，证实为无毒性，所以，相比于矿物绝缘油，植物绝缘油有相对较好的生态环保特性。
经过测试发现[1]，植物绝缘油的燃点和闪点均高出矿物绝缘油的一倍左右，这就使得植物绝缘油的防火安全性更高；虽然植物绝缘油的介质损耗因数比较高，但提取的植物绝缘油需要经过碱炼、脱色和蒸馏等加工处理后可大大降低，此外植物绝缘油可以拥有更好的电气性能，并且更适合变压器的油纸绝缘系统。
油纸绝缘系统作为油浸式变压器的核心，其安全稳定性直接关乎油浸式变压器的使用寿命，故植物绝缘油油纸绝缘系统的老化特性则显得十分重要，其性能的好坏通过绝缘纸的聚合度体现出来。在重庆大学的植物绝缘油纸老化实验中，90℃和110℃下老化数天后在植物油中的绝缘纸的聚合度要明显高于在矿物油中的绝缘纸聚合度，其中在110℃下，绝缘纸的聚合度在起初下降得都比较快，一段时间之后在两种绝缘油中得绝缘纸得聚合度会有明显不同，经过热老化试验后，在矿物油中老化的油纸聚合度下降得程度大。
随着经济技术的发展进步，人们的环保意识也越来越强，对绝缘油的环保要求也越来越高，通常情况下，生物降解率成为判定绝缘油环保特性的一个重要分析标准，经过研究发现[2]，植物绝缘油的生物降解率可以达到97%以上，而矿物绝缘油却不到50%，然而硅油几乎不能自然降解，因此即使发生泄露，植物绝缘油也不会污染环境。因此植物绝缘油是一种新型环保绝缘材料。
3.植物绝缘油特性
相比于矿物绝缘油，植物绝缘油有较大的运动粘度和较高凝点。运动粘度大，植物绝缘油的流动性就比矿物绝缘油差，导致变压器内部的热量的传导就比较慢，因此在植物绝缘油中添加适当的粘度改性剂可以有效地降低植物绝缘油的粘度。另外植物绝缘油的运动粘度与硅油相近，而且高分子碳氢化合油（HMWH）的运动粘度还要高于植物绝缘油，因此在硅油和高分子碳氢化合油（HMWH）的绝缘体系中，植物绝缘油亦可满足要求。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆由于变压器在运行的过程中，一般都会产生热效应，故即使变压器工作在温度比较低的环境下，油枕中的植物油也不会因为凝固而导致局部放电的危险。
对于变压器而言，水分存在所带来得危害是很大的。水分可以降低变压器油纸绝缘系统的击穿电压，给变压器的运行带来安全隐患，水分被认为是变压器油纸绝缘系统的“头号敌人”。有研究表面，当变压器油纸绝缘系统中的含水量增加一倍时，变压器的运行寿命将会减半[3]。在变压器的油纸绝缘系统中，当水分的含量较低时，水分可以溶解在绝缘油中，这是对油纸绝缘系统的击穿电压影响不大；但是当油纸绝缘系统中水分含量超过一定范围时，油中的水分在电场的作用下被拉长，这样会导致系统的击穿电压明显的降低；然而水分对绝缘纸的危害更大，研究表明[4]，绝缘纸板含水量达到4.5%时，击穿电压下降仅约10%，绝缘纸板中水分含量超过5%后，绝缘性能就会明显降低[5]，对于变压器来说，油和纸在变压器运行过程中发生的老化降解，会影响变压器的运行安全和寿命。绝缘纸的使用寿命将直接关乎变压器的运行寿命。
由于，植物绝缘油对水的饱和度要大于矿物绝缘油，对水的吸附能力强，所以植物绝缘油中的水分含量将远远高于矿物绝缘油中的水分含量，水分含量太高的话将会引起油纸绝缘系统的击穿电压显著降低，一般植物绝缘油在使用之前会经过处理，降低其水分含量。在变压器的运行过程中，植物油可以吸收多余的水分，避免绝缘纸中存留一些水分，这样可以降低绝缘纸的老化速度，延长变压器的使用寿命[6]。
4.总结和展望
为减少环境污染，实现社会和资源的可持续发展，植物绝缘油作为一种新型绝缘介质应运而生，其安全可靠，环保的特性对比于矿物绝缘油有明显的优势且更适应与当前社会发展的需求，良好的电气性能可以更好的适用与油纸绝缘系统，对延缓老化和延长变压器使用寿命方面有重要意义。其次，97%的生物降解率更符合环保要求。
虽然现在植物绝缘油应用于变压器面临运动粘度、水分含量和提炼成本等问题，但随着植物绝缘油技术的发展和进步，植物绝缘油变压器将会有很大的发展潜力。
参考文献：
[1]项阳. 浅谈植物绝缘油变压器. 变压器，2014，（12）：23～27
[2]刘光祺，钟力生，于钦学等. 植物绝缘油研究现状. 绝缘材料，2012，（03）：34～39
[3]Emsley A M，Stevens G C．Review of chemical indicators of degradation of cellulosic electrical paper insulation in oil-filled transformers[J]．IEEE Science Measurement and Technology，1994，141（5）：324-334．
[4]T.V. Oommen. Moisture Equilibrium Charts for Insulation Drying Practice[J]. IEEETransactions on Power Apparatus and Systems，1984，103（10）：3063-3067.
[5]何伯俭，钱之银.油浸纸板爬电性能的研究[J].高电压技术，1991，3：51-54.
[6]McShane C P，Luksich J，Rapp K J. Retrofilling Aging Transformers with Natural Ester Based Dielectric Coolant for Safety and Life Extension[C]. Cement Industry Technical Conference，2003：141-147.
论文作者:潘振1,朱孟兆1，2,王善龙3,崔伟4
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/14
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