植物绝缘油及其应用研究关键问题分析与展望

植物绝缘油作为一种高燃点、可降解的环保液体电介质,被普遍认为是矿物绝缘油的良好替代品。目前,植物绝缘油已在配电变压器中得到良好应用,并逐步开始应用在大型电力变压器中。介绍了植物绝缘油及其应用研究的历史与现状,分析了植物绝缘油在制备方法、电气与理化特性以及植物油纸绝缘寿命模型和植物绝缘油变压器故障诊断方法等方面取得的进展。通过对关键问题的分析,说明了植物绝缘油相比矿物绝缘油具有的一些新的优点。植物油纸绝缘可有效延缓绝缘纸的老化速率,通过良好的变压器设计和运行维护,植物绝缘油可提高变压器的过负荷能力,植物绝缘油变压器将比矿物绝缘油变压器具有更低的全寿命周期成本。最后,提出了植物绝缘油及其应用在未来研究中,应重点关注植物绝缘油化学及纳米改性、油中长间隙放电、植物绝缘油变压器运行维护和纳米植物绝缘油等方面的关键问题。     

考虑负载变化的植物绝缘油变压器温升特性研究

为研究植物绝缘油变压器在实际运行中的温升特性,应用热工学和流体力学原理分析了变压器内部传导热及散热机制,建立了变压器的二维简化模型。采用有限元法求解该模型在考虑负载变化下的温度场,得到了植物绝缘油变压器在稳定负载时的温度场分布,与矿物绝缘油变压器进行了对比,发现:当负载系数K1.5时,矿物绝缘油变压器的温升特性优于植物绝缘油,而当负载系数K≥1.5时,植物绝缘油变压器的温升特性优于矿物绝缘油变压器;同时,基于给定的动态负载曲线计算了植物绝缘油变压器的温度场分布,同样与矿物绝缘油变压器进行了对比。结果表明,当负载较低时,植物绝缘油变压器的温升特性比矿物绝缘油变压器差,而当负载较高时,植物绝缘油变压器的温升特性优于矿物绝缘油变压器。     

油浸式变压器绝缘油热特性的仿真分析

通过建立油浸式变压器二维等效模型,采用有限元法求解变压器流体-温度场,对比分析了植物绝缘油和矿物绝缘油对变压器热点温度及绕组温度分布的影响,分析了不同入口油速、不同变压器绝缘油对变压器热点温度的影响。结果表明:在同等入口油速下,植物绝缘油的散热特性优于矿物绝缘油,说明采用植物绝缘油代替矿物绝缘油应用于变压器中是可行的。     

配电变压器中植物绝缘油直接替换矿物绝缘油温度场仿真计算及现场温升试验分析

为研究10 kV配电变压器中,在不改变原矿物绝缘油变压器结构设计和制造工艺条件下,直接用植物绝缘油替换矿物绝缘油后,对变压器温升特性影响。特制造两台结构设计和加工工艺完全相同的S11-M-315 kVA/10 kV配电变压器,分别填充克拉玛依25号矿物绝缘油和FR3植物绝缘油,通过Ansys CFX仿真软件对两台配电变压器进行油流和温度的模拟仿真,得到两台变压器在模拟温升实验中的差异,并通过对两台变压器实际现场温升试验,分析比对植物绝缘油直接替换矿物绝缘油后对变压器温升性能的实际影响,并通过植物绝缘油的理化性能对实验数据进行分析。研究表明,对于10 kV配电变压器,在不改变原矿物绝缘油变压器设计结构与制造工艺条件下,用FR3植物绝缘油直接替换25号矿物绝缘油,植物绝缘油变压器整体温升均比矿物绝缘油变压器高约3～6 K,但仍满足GB 1094.2—2013《电力变压器第2部分:液浸式变压器的温升》标准对温升限值要求;在同等温升条件下,植物绝缘油在变压器中的油流速度明显比矿物绝缘油慢,在本事例中仅为矿物绝油流速的1/2,这是导致其温升偏高的原因。在变压器油流速度和温度热点分布方面,植物绝缘油变压器与矿物绝缘油具有相同趋势,两台变压器温度最高点均集中在中间绕组的上部,且位于外侧的高压绕组比位于内侧的低压绕组温度高;两台变压器油流速度最大值均出现在上部绕组之间。现场温升试验和模拟仿真均相互验证了以上结论。最后,根据研究结论,分别提出降低植物绝缘油配电变压器温升和提高温升限值的方法。     

浅谈植物绝缘油变压器

介绍了国内外植物绝缘油及植物绝缘油变压器的发展状况及主要特点,指出了需要注意的问题,展望了植物绝缘油变压器的前景。     

植物绝缘油变压器噪声衰减特性研究

制定植物绝缘油变压器噪声测量方案,对３５kV 植物绝缘油变压器在空载及不同负载状态下的噪声衰减特性进行测试,获得植物绝缘油变压器的噪声衰减图谱及衰减变化规律,为植物油变压器在噪声方面的环保性能评估打下理论基础。     

植物绝缘油变压器噪声衰减特性研究

制定植物绝缘油变压器噪声测量方案,对35kV植物绝缘油变压器在空载及不同负载状态下的噪声衰减特性进行测试,获得植物绝缘油变压器的噪声衰减图谱及衰减变化规律,为植物油变压器在噪声方面的环保性能评估打下理论基础。     

植物油与固体绝缘材料在电力变压器中的相容性研究

为了研究植物绝缘油与变压器绝缘纸材料的相容性,将变压器常用的9种不同类型的绝缘纸材料与植物绝缘油相结合,研究了植物绝缘油和绝缘纸在老化164 h后的性能变化。观察了绝缘纸和绝缘油在热老化实验前后的性能差异,并测试了这些不同油纸组合的运动黏度、水分含量、酸值、介电损耗系数、击穿电压和油的气相色谱分析。结果表明,植物绝缘油老化后,运动黏度没有较大变化,且植物绝缘油结构完整性和功能稳定性仍然良好。此外,植物绝缘油与22HCC丹尼森绝缘纸高度相容。相较于其他实验组,电绝缘纸板与植物绝缘油的相容性较差。热老化后,金属皱纹纸和层压纸板与植物绝缘油的击穿电压较低,两者之间的兼容性较差。这些发现为选择相容性好的绝缘材料和优化绝缘结构以确保植物基绝缘油变压器的安全稳定运行提供了依据。此外,研究结果有助于推广和应用植物绝缘油,促进可持续能源的发展。     

植物绝缘油变压器不同油纸绝缘组合老化水分含量研究

植物绝缘油变压器内部油纸绝缘结构中水分的存在会加速油纸绝缘老化,降低其介电性能及力学性能,导致变压器的故障发生率提高。因此,研究不同植物油纸绝缘组合老化过程中水分变化规律对保障变压器安全稳定运行具有重要的意义。本研究以3种植物绝缘油、普通变压器矿物绝缘油与B级耐热的DMD变压器专用绝缘纸的4种油纸绝缘组合为对象,在实验室进行加速热老化试验,探索了植物绝缘油纸老化过程中水分含量的变化规律。结果表明:绝缘油的类型是影响油中水分含量的原因之一,老化过程中植物绝缘油中水分含量明显低于矿物绝缘油,油中水分含量随老化时间的增加呈先升高后降低的趋势。     

植物绝缘油大间隙下的雷电冲击和直流击穿特性研究

我国自主研发生产的植物绝缘油目前只应用在最高电压等级为35 kV的变压器中,缺乏国产植物绝缘油大间隙下击穿特性的试验数据支撑是限制其应用于更高电压等级变压器中的重要原因。本研究对比了进口、国产植物绝缘油和国产矿物绝缘油在雷电冲击电压和直流电压下的击穿特性。结果表明:国产植物绝缘油与进口植物绝缘油具有相似的雷电冲击和直流击穿特性。正极性下,植物绝缘油小间隙下(25 mm)的击穿电压与矿物绝缘油相当甚至优于矿物绝缘油,但大间隙下矿物绝缘油的击穿电压优势更明显,此外,绝缘油在直流和雷电冲击电压下的击穿电压没有明显差异。负极性下,矿物绝缘油的击穿电压始终高于植物绝缘油,并且绝缘油的直流冲击击穿电压明显高于雷电击穿电压。     

植物绝缘油变压器噪声测量及分析

本文中作者介绍了植物绝缘油变压器的特点,针对其特点对植物绝缘油变压器的噪声进行了测量,给出了测量结果,并对测量结果进行了分析。     

湖北首台植物绝缘油变压器运行良好

正目前,湖北首台采用直接换油技术的植物绝缘油变压器已在孝感毛陈镇供电所10千伏南55毛陈线挂网运行一个多月,通过红外带电检测,设备运行状态良好。据了解,该植物绝缘油变压器为湖北电科院科研项目《植物绝缘油变压器关键技术研究》的落地应用成果。植物绝缘油作为一种新型液体绝缘介质以其安全性高(燃点≥300摄氏度)、生物降解率高(≥95%)、来源广泛(取自植物种子或胚芽)、可再生等优点,成为传统矿物绝缘油的良好替代产     

植物绝缘油与多种变压器用绝缘纸的相容性研究

为研究植物绝缘油与变压器绝缘纸材料的相容性,模拟变压器油纸绝缘系统,将丹尼森纸、电缆纸、铝箔皱纹纸等10种变压器用绝缘纸与植物绝缘油组成油-纸绝缘,研究它们的热老化特性。实验观察了28天热老化前后绝缘纸和绝缘油的变化,分别测试了这几种不同的油-纸在热老化7天、14天、21天和28天过程中,植物绝缘油的酸值和介质损耗因数。结果表明,该植物绝缘油与实验用的绝缘纸具有很好的相容性。     

棕榈油脂肪酸酯绝缘油变压器的特性分析

对比分析了棕榈油脂肪酸酯绝缘油、矿物绝缘油、植物绝缘油的基本参数及其绝缘模型试样的局部放电起始电压,采用有限元分析软件分析了3种绝缘油中变压器绕组的温升特性。结果表明:棕榈油脂肪酸酯绝缘油的理化、电气特性均可满足较高电压等级电力变压器的要求,而且其运动黏度低,介电常数高,可以实现变压器的小型化设计;棕榈油脂肪酸酯绝缘油中绝缘模型试样的局部放电起始电压高于矿物绝缘油中绝缘模型试样;应用棕榈油脂肪酸酯绝缘油的变压器温升特性优于传统矿物油变压器。     

几种植物绝缘油的抗氧化性能研究

选取3种精炼处理后的植物绝缘油样品与库柏FR3变压器油一起进行周期为28 d的老化试验,测试各阶段的击穿电压、介质损耗、微水和酸值。结果表明:植物绝缘油经过老化之后其理化和电气性能都会出现不同程度的劣化,油样变质;不同种类的植物绝缘油的老化程度出现差异,以市售大豆油为原料制得的植物绝缘油的抗氧化性能与库柏FR3变压器油相当。     

植物绝缘油纸浸渍模型与试验研究

植物绝缘油已成功应用于配电变压器中,但尚未在更高等级电力变压器中得到应用。由于植物绝缘油的粘度比传统矿物油的粘度更高,有必要研究植物绝缘油在厚纸板中的浸渍特性。在分析油纸绝缘浸渍机理的基础上,设计菜籽绝缘油油纸绝缘浸渍试验模型,讨论影响油纸绝缘浸渍过程的主要因素,通过试验得到菜籽绝缘油油纸绝缘浸渍长度随时间的关系曲线,并与矿物油纸绝缘浸渍长度与时间的实测曲线和理论计算曲线进行对比分析。研究结果表明,通过提高浸渍温度,植物绝缘油油纸绝缘的浸渍效果可以达到矿物绝缘油的标准。     

基于热点温度模型的高过载配电变压器绝缘油安全性能研究

基于《农网高过载能力配电变压器技术导则》,对不同过载倍率情况下油浸式变压器的热点温度进行了计算,并对比了传统矿物绝缘油和其他高温绝缘油在高过载变压器中使用的安全性能。结果表明:传统的矿物绝缘油不能满足高过载配电变压器的安全要求,综合考虑安全性、环保性等,高过载配电变压器中推荐选用耐热性能更优越的植物绝缘油。     

国内首个高电压等级植物油变压器研制成功

正近日,由南方电网所属广州供电局与重庆大学等联合开发的具备自主知识产权的高稳定植物绝缘油研制成功。以此为基础,国内首次实现了主网高电压等级(110 k V)大型植物绝缘油变压器的研发。与传统变压器使用的矿物绝缘油相比,该新型变压器绝缘油具备多重优势:一是具有可再生、可完全生物降解等环保优势,仅需21天其降解率可超过98%,对环境零污染;二是安全性高,燃点达360℃,相比矿物绝缘油150~200℃的燃点更加安全;三是耐潮性好,植物绝缘油在含水量超过800 mg/kg之     

成果展示

天然酯（植物）绝缘油是专门针对传统油浸式和干式变压器而研发的。天然酯（植物）绝缘油理化及电气性能优良,与矿物油相比碳排放量降低95%以上,用于变压器产品后,可使变压器长期过载倍数高达1.5~1.7,使用寿命最少延长50%。     

绝缘油老化特性及诊断方法研究进展

长期电-热复合应力作用下的绝缘油老化问题严重威胁油浸式变压器的安全稳定运行.针对绝缘油老化及其后效引发的变压器故障,亟需开展绝缘油老化特性、机理及诊断方法等相关问题的研究.为此,对矿物绝缘油及植物绝缘油电热老化特性及诊断方法的发展现状与关键技术进行了评述.本文首先总结了变压器用矿物绝缘油及植物绝缘油的理化特性,从高温性能、生物降解率、酸值、电气强度等角度将两者进行了对比.随后就两种绝缘油电、热老化基本形式及老化产物进行了综述.在此基础上,强调了铜等金属材料对绝缘油老化的影响.最后阐述了常用的绝缘油老化状态诊断方法,多种检测手段相结合的特征量多维融合表征有望提高诊断准确率,具有较好的工程应用前景.