一般礦物油變壓器使用壽命為20至30年。重慶電科院通過多年技術(shù)攻關(guān)，研制出抗老化三元混合絕緣油，可延長變壓器的使用壽命。相關(guān)成果已在重慶電網(wǎng)試點應(yīng)用。
7月6日，在重慶110千伏桃花變電站，國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院混合絕緣油項目團(tuán)隊成員通過查看光纖測溫等傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測分析國內(nèi)首臺110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行情況。
這臺變壓器由重慶電科院聯(lián)合變壓器設(shè)備廠家生產(chǎn)，5月初投運。變壓器使用的抗老化三元混合絕緣油由重慶電科院自主研發(fā)，具有抗老化、低黏度、低介質(zhì)損耗、綠色環(huán)保等特點，關(guān)鍵性能指標(biāo)優(yōu)于國外混合絕緣油產(chǎn)品，可直接應(yīng)用于新舊礦物油變壓器，延長變壓器的使用壽命，提升變壓器安全性能。
配制混合絕緣油
延緩“油-紙”絕緣系統(tǒng)老化
大部分礦物油變壓器運行20至30年，就會因內(nèi)部“油-紙”絕緣系統(tǒng)性能降低而需要更換絕緣油，甚至直接退出運行。目前，運行15至20年的礦物油變壓器數(shù)量迅速增長，絕緣老化會增加變壓器運行風(fēng)險。
2012年，重慶電科院開始研究新型絕緣油技術(shù)，以電氣、化學(xué)、物理、材料多學(xué)科交叉創(chuàng)新為牽引，研究礦物油、合成油、植物油等絕緣油材料的優(yōu)缺點，確定了研發(fā)混合絕緣油、實現(xiàn)單一絕緣油性能優(yōu)勢互補的思路。研發(fā)人員通過模擬微觀分子結(jié)構(gòu)等方法，從十幾種植物油中篩選出大豆油，并將大豆油與礦物油混合，研發(fā)出可延長變壓器壽命、能夠在現(xiàn)場直接換裝的混合絕緣油。2014年5月至今，混合絕緣油在國網(wǎng)重慶電力12臺10千伏新舊變壓器中直接灌裝使用，這些變壓器運行狀況良好。
2017年1月，國家電網(wǎng)有限公司“領(lǐng)軍人才”、重慶電科院副總工程師王謙牽頭申報了公司科技項目“混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究”，進(jìn)一步提升混合絕緣油的性能。為降低混合絕緣油的黏度和酸值，項目團(tuán)隊針對植物油的主要成分天然酯開展深入研究，通過分子角度的酯交換反應(yīng)，將長鏈天然酯解離為短鏈脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同時利用無水乙醇萃取天然酯來降低酸值，最終使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，項目團(tuán)隊又升級了混合絕緣油配方，將礦物油、大豆油和棕櫚油混合，研發(fā)出黏度低、介質(zhì)損耗低、氧化安定性強的抗老化三元混合絕緣油，并將這種新型混合絕緣油應(yīng)用于35千伏新舊變壓器中。
試驗驗證，針對新變壓器，絕緣紙在抗老化三元混合絕緣油中的老化速率僅為在礦物油中的52%；舊變壓器換裝抗老化三元混合絕緣油與換裝礦物油相比，絕緣紙的老化速率降低65%。“我們通過X射線光電子能譜及紅外光譜聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)大豆油和棕櫚油混合生成的新基團(tuán)起到了進(jìn)一步延緩‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化的作用。”項目團(tuán)隊成員之一、重慶電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心變電技術(shù)室專責(zé)劉熊說。
開展模擬試驗
完善混合絕緣油變壓器運維技術(shù)
在抗老化三元混合絕緣油研發(fā)過程中，項目團(tuán)隊攻克多項技術(shù)難題，掌握了可延長變壓器運行壽命的前沿技術(shù)。
“我們首先在實驗室中開展模擬試驗，再批量生產(chǎn)抗老化三元混合絕緣油。但首次批量生產(chǎn)并不像模擬試驗?zāi)菢禹樌?rdquo;劉熊說。
劉熊和團(tuán)隊成員在實驗室驗證了抗老化三元混合絕緣油的混合流程，優(yōu)化了混合方案，但在變壓器設(shè)備廠家開展10噸絕緣油混合調(diào)配時，出現(xiàn)了絕緣油微水超標(biāo)的現(xiàn)象。項目團(tuán)隊對原材料、混合比例、抗氧化劑添加流程、濾油方式等逐一排查，經(jīng)過7天的試驗和分析，發(fā)現(xiàn)是濾油設(shè)備參數(shù)設(shè)置問題導(dǎo)致了絕緣油混合后微水超標(biāo)。隨后，他們調(diào)整了濾油設(shè)備參數(shù)，再次過濾調(diào)配的混合絕緣油，最終使混合絕緣油各項參數(shù)滿足了要求。
測試絕緣油中溶解氣體的成分和含量可以診斷變壓器內(nèi)部發(fā)生的故障。但由于混合絕緣油與礦物油成分存在差異，傳統(tǒng)應(yīng)用于礦物油變壓器的診斷方法不能直接應(yīng)用于混合絕緣油變壓器。項目團(tuán)隊模擬了混合絕緣油變壓器熱故障及放電故障等，研究不同故障中油中溶解氣體的成分、含量等情況，提出了根據(jù)混合絕緣油中溶解氣體來診斷變壓器故障的方法。
“我們開展了一系列模擬試驗，跟蹤收集大量運行數(shù)據(jù)，完善了抗老化三元混合絕緣油變壓器狀態(tài)評估、故障診斷和運維技術(shù)，為混合絕緣油變壓器運維提供了依據(jù)。”王謙介紹。
抗老化三元混合絕緣油變壓器壽命是傳統(tǒng)礦物油變壓器壽命的1.5倍以上，即變壓器的服役年限延長了。同時，與礦物油相比，三元混合絕緣油的生物降解率提升了25%，更加綠色環(huán)保。
2020年6月19日，重慶市科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)會組織專家對抗老化三元混合絕緣油技術(shù)開展評價，相關(guān)專家認(rèn)為該技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
向更高電壓等級邁進(jìn)
提升變壓器耐高溫性能
2022年迎峰度夏期間，重慶最高氣溫超過40攝氏度。持續(xù)高溫大負(fù)荷導(dǎo)致國網(wǎng)重慶電力110千伏及以上重載變壓器增多，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。
“為了應(yīng)對高溫大負(fù)荷，我們必須盡快提升主變壓器的耐高溫性能，延緩變壓器的‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化速率。”王謙介紹，項目團(tuán)隊決定向延長高電壓、大容量主變壓器壽命技術(shù)進(jìn)軍。
隨后，項目團(tuán)隊先后申報了國網(wǎng)重慶電力科技項目“智能型高電壓等級（110千伏）混合絕緣油變壓器及其工程應(yīng)用研究”，以及公司科技項目“長壽命、低碳型高壓大容量混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”。
今年5月3日，經(jīng)過項目團(tuán)隊近一年的努力，110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器在桃花變電站應(yīng)用。同時，項目團(tuán)隊在該變壓器的內(nèi)部繞組易發(fā)熱點裝設(shè)了光纖測溫等傳感器，為實時了解、掌握抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行特性提供了數(shù)據(jù)支撐。
目前，重慶電網(wǎng)有1臺110千伏、3臺35千伏和22臺10千伏新舊變壓器使用了抗老化三元混合絕緣油。項目團(tuán)隊還在研制220千伏大容量混合絕緣油變壓器樣機。
抗老化三元混合絕緣油技術(shù)的升級及應(yīng)用推動了變壓器核心材料技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了變壓器行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。截至5月底，項目團(tuán)隊獲得國家發(fā)明專利授權(quán)11項，累計發(fā)表論文32篇。項目成果還獲得了重慶市技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
7月6日，在重慶110千伏桃花變電站，國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院混合絕緣油項目團(tuán)隊成員通過查看光纖測溫等傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測分析國內(nèi)首臺110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行情況。
這臺變壓器由重慶電科院聯(lián)合變壓器設(shè)備廠家生產(chǎn)，5月初投運。變壓器使用的抗老化三元混合絕緣油由重慶電科院自主研發(fā)，具有抗老化、低黏度、低介質(zhì)損耗、綠色環(huán)保等特點，關(guān)鍵性能指標(biāo)優(yōu)于國外混合絕緣油產(chǎn)品，可直接應(yīng)用于新舊礦物油變壓器，延長變壓器的使用壽命，提升變壓器安全性能。
配制混合絕緣油
延緩“油-紙”絕緣系統(tǒng)老化
大部分礦物油變壓器運行20至30年，就會因內(nèi)部“油-紙”絕緣系統(tǒng)性能降低而需要更換絕緣油，甚至直接退出運行。目前，運行15至20年的礦物油變壓器數(shù)量迅速增長，絕緣老化會增加變壓器運行風(fēng)險。
2012年，重慶電科院開始研究新型絕緣油技術(shù)，以電氣、化學(xué)、物理、材料多學(xué)科交叉創(chuàng)新為牽引，研究礦物油、合成油、植物油等絕緣油材料的優(yōu)缺點，確定了研發(fā)混合絕緣油、實現(xiàn)單一絕緣油性能優(yōu)勢互補的思路。研發(fā)人員通過模擬微觀分子結(jié)構(gòu)等方法，從十幾種植物油中篩選出大豆油，并將大豆油與礦物油混合，研發(fā)出可延長變壓器壽命、能夠在現(xiàn)場直接換裝的混合絕緣油。2014年5月至今，混合絕緣油在國網(wǎng)重慶電力12臺10千伏新舊變壓器中直接灌裝使用，這些變壓器運行狀況良好。
2017年1月，國家電網(wǎng)有限公司“領(lǐng)軍人才”、重慶電科院副總工程師王謙牽頭申報了公司科技項目“混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究”，進(jìn)一步提升混合絕緣油的性能。為降低混合絕緣油的黏度和酸值，項目團(tuán)隊針對植物油的主要成分天然酯開展深入研究，通過分子角度的酯交換反應(yīng)，將長鏈天然酯解離為短鏈脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同時利用無水乙醇萃取天然酯來降低酸值，最終使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，項目團(tuán)隊又升級了混合絕緣油配方，將礦物油、大豆油和棕櫚油混合，研發(fā)出黏度低、介質(zhì)損耗低、氧化安定性強的抗老化三元混合絕緣油，并將這種新型混合絕緣油應(yīng)用于35千伏新舊變壓器中。
試驗驗證，針對新變壓器，絕緣紙在抗老化三元混合絕緣油中的老化速率僅為在礦物油中的52%；舊變壓器換裝抗老化三元混合絕緣油與換裝礦物油相比，絕緣紙的老化速率降低65%。“我們通過X射線光電子能譜及紅外光譜聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)大豆油和棕櫚油混合生成的新基團(tuán)起到了進(jìn)一步延緩‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化的作用。”項目團(tuán)隊成員之一、重慶電科院設(shè)備狀態(tài)評價中心變電技術(shù)室專責(zé)劉熊說。
開展模擬試驗
完善混合絕緣油變壓器運維技術(shù)
在抗老化三元混合絕緣油研發(fā)過程中，項目團(tuán)隊攻克多項技術(shù)難題，掌握了可延長變壓器運行壽命的前沿技術(shù)。
“我們首先在實驗室中開展模擬試驗，再批量生產(chǎn)抗老化三元混合絕緣油。但首次批量生產(chǎn)并不像模擬試驗?zāi)菢禹樌?rdquo;劉熊說。
劉熊和團(tuán)隊成員在實驗室驗證了抗老化三元混合絕緣油的混合流程，優(yōu)化了混合方案，但在變壓器設(shè)備廠家開展10噸絕緣油混合調(diào)配時，出現(xiàn)了絕緣油微水超標(biāo)的現(xiàn)象。項目團(tuán)隊對原材料、混合比例、抗氧化劑添加流程、濾油方式等逐一排查，經(jīng)過7天的試驗和分析，發(fā)現(xiàn)是濾油設(shè)備參數(shù)設(shè)置問題導(dǎo)致了絕緣油混合后微水超標(biāo)。隨后，他們調(diào)整了濾油設(shè)備參數(shù)，再次過濾調(diào)配的混合絕緣油，最終使混合絕緣油各項參數(shù)滿足了要求。
測試絕緣油中溶解氣體的成分和含量可以診斷變壓器內(nèi)部發(fā)生的故障。但由于混合絕緣油與礦物油成分存在差異，傳統(tǒng)應(yīng)用于礦物油變壓器的診斷方法不能直接應(yīng)用于混合絕緣油變壓器。項目團(tuán)隊模擬了混合絕緣油變壓器熱故障及放電故障等，研究不同故障中油中溶解氣體的成分、含量等情況，提出了根據(jù)混合絕緣油中溶解氣體來診斷變壓器故障的方法。
“我們開展了一系列模擬試驗，跟蹤收集大量運行數(shù)據(jù)，完善了抗老化三元混合絕緣油變壓器狀態(tài)評估、故障診斷和運維技術(shù)，為混合絕緣油變壓器運維提供了依據(jù)。”王謙介紹。
抗老化三元混合絕緣油變壓器壽命是傳統(tǒng)礦物油變壓器壽命的1.5倍以上，即變壓器的服役年限延長了。同時，與礦物油相比，三元混合絕緣油的生物降解率提升了25%，更加綠色環(huán)保。
2020年6月19日，重慶市科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)會組織專家對抗老化三元混合絕緣油技術(shù)開展評價，相關(guān)專家認(rèn)為該技術(shù)達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。
向更高電壓等級邁進(jìn)
提升變壓器耐高溫性能
2022年迎峰度夏期間，重慶最高氣溫超過40攝氏度。持續(xù)高溫大負(fù)荷導(dǎo)致國網(wǎng)重慶電力110千伏及以上重載變壓器增多，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行帶來挑戰(zhàn)。
“為了應(yīng)對高溫大負(fù)荷，我們必須盡快提升主變壓器的耐高溫性能，延緩變壓器的‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化速率。”王謙介紹，項目團(tuán)隊決定向延長高電壓、大容量主變壓器壽命技術(shù)進(jìn)軍。
隨后，項目團(tuán)隊先后申報了國網(wǎng)重慶電力科技項目“智能型高電壓等級（110千伏）混合絕緣油變壓器及其工程應(yīng)用研究”，以及公司科技項目“長壽命、低碳型高壓大容量混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”。
今年5月3日，經(jīng)過項目團(tuán)隊近一年的努力，110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器在桃花變電站應(yīng)用。同時，項目團(tuán)隊在該變壓器的內(nèi)部繞組易發(fā)熱點裝設(shè)了光纖測溫等傳感器，為實時了解、掌握抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行特性提供了數(shù)據(jù)支撐。
目前，重慶電網(wǎng)有1臺110千伏、3臺35千伏和22臺10千伏新舊變壓器使用了抗老化三元混合絕緣油。項目團(tuán)隊還在研制220千伏大容量混合絕緣油變壓器樣機。
抗老化三元混合絕緣油技術(shù)的升級及應(yīng)用推動了變壓器核心材料技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了變壓器行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。截至5月底，項目團(tuán)隊獲得國家發(fā)明專利授權(quán)11項，累計發(fā)表論文32篇。項目成果還獲得了重慶市技術(shù)發(fā)明獎一等獎。
