变压器油生产技术及国内外产品介绍

马蕊燕，甄新平，张静，柯友胜，何军

(中国石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

变压器油生产技术及国内外产品介绍

马蕊燕，甄新平，张静，柯友胜，何军

(中国石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

文章主要介绍了变压器油的生产工艺，矿物型变压器油是目前应用最广泛的变压器油类型，由原油经过溶剂精制工艺或深度加氢工艺生产而得，芳烃类合成油、合成酯绝缘油等类型的变压器油也有自己的突出优点,应用领域也很广泛。同时介绍了采用纳米材料改进矿物型变压器油性能研究工作进展。介绍了国内主要变压器油产品以及Nynas公司和Shell公司环烷基变压器油类型。

变压器油；生产技术；产品

0 引言

近年来随着中国经济的持续繁荣，推动了我国电力工业的迅猛发展，2008年初，国家电网公司发布了《关于转变电网发展方式、加快电网建设的意见》。首次公开明确了特高压电网较为详细的建设规划：“‘十二五’、‘十三五’期间，特高压电网全面发展，形成以华北、华中、华东为核心，连接各大区电网、大煤电基地、大水电基地和主要负荷中心的坚强网架。到2020年，建成特高压交流变电站53座，线路长度4.45×104km；建成直流输电工程38项，线路长度5.23×104km。未来我国电网将由华北、华中、华东特高压同步电网和东北、西北、南方三个区域电网构成，通过直流输电方式相连，形成全国联网的格局，届时将成为世界上电压等级最高、规模最大的电网[1]。”而与电网配套的变压器及变压器油需求量也在日趋上升，变压器油已经成为需求增长最快的润滑产品之一。另外，随着电力设备安全运行要求的提高，对变压器油产品的性能也提出了更高的要求。本文着重介绍了变压器油生产技术以及国内外产品，希望对变压器设计者以及油品研究工作者有所帮助。

1 变压器油的生产工艺

1.1变压器油传统生产工艺

由石油炼制生产电力用油的工艺过程大致分为原油预处理、蒸馏、精制和调合等工序，最后得到成品油，如图1所示。

图1 变压器油基本精制工艺流程

从图1中可以看出：变压器油的加工使用了三种主要的方法：硫酸法、溶剂精制法、催化加氢工艺法。

在我国20世纪60～70年代，变压器油基础油生产工艺主要以酸-碱-白土工艺为主，这一传统方法包括用浓度为93%～98%的硫酸处理馏分油，继之搅拌，酸渣分离，碱中和、水洗和白土处理[2]。这种工艺对环境造成一定的污染，单位体积馏分的回收率低，造成资源浪费等缺点，同时，随着原油性质的不断变化，酸碱精制工艺不再适应变压器油生产的需要。到70～80年代，变压器油基础油生产工艺已经逐渐发展为酮苯脱蜡-苯酚精制-白土工艺。到了90年代，糠醛精制工艺代替了苯酚精制工艺，提高了基础油精制深度[3]，这种工艺是在一定的温度条件下，利用糠醛对馏分油中的理想成分溶解能力差，但对馏分油中非理想组分都能溶解在溶剂中的特性，从而将其分离出去，使所得到的油品的黏温性能得到改善，并可以降低油品的残炭值和酸值，提高其化学稳定性。90年代以后，加氢技术在炼油工艺技术中得到了广泛的应用，国内外大型变压器油生产商为适应产品发展的需要，根据所加工原油的特点，引入了不同的加氢工艺。加氢工艺改变了传统炼油工艺难以逾越的受原油种类限值的资源瓶颈，缩小了不同原油炼制的变压器油基础油的烃类组分差异，改善了变压器油的性能。

1.2纳米改性变压器油研究工作

目前应用最广泛的变压器油是矿物型变压器油，然而单纯的矿物型变压器油热导率较低。近年来研究机构开展了采用不同纳米改性材料加入到矿物型变压器油中，进一步提高矿物型变压器油的散热性能和电气性能，纳米材料对矿物型变压器油质量改进研究正受到越来越广泛的关注。

纳米改性变压器油是指在变压器油中添加纳米颗粒，并形成稳定的悬浮胶体，这些粒子的平均直径为几到几十纳米，比变压器油中常见微粒小2到3个数量级。

纳米改性变压器油最开始是以纳米磁流体(magnetic nanofluids)作为研究对象，即添加Fe3O4等铁磁性纳米材料，但研究显示铁磁性纳米油流体的稳定性和击穿特性受外部磁场的影响较大，并不适用于变压器等油纸绝缘结构的电力设备。在后续的相关研究中，半导体材料和绝缘材料逐渐被作为改性纳米材料添加到变压器油中。同时，流体基液也由矿物型变压器油发展到植物变压器油[4]。国内外各项研究结果表明，通过纳米材料改性的变压器油在导热性、电气特性和抗老化等方面都具有较明显的提高。

1.3芳烃类合成油绝缘油

由于矿物型变压器油的芳烃成分较低，析气性不良，在电气设备中的工作场强难以进一步提高，而且氧化后易生成沉淀物，影响其散热性，燃点低生物降解性差，不能满足高防火性及环保性要求。为了提高绝缘油的抗析气性及工作场强，以合成芳烃为基的绝缘液体被广泛用于电容器、电缆、变压器套管等电力设备中，主要为烷基苯、烷基二苯基乙烷、烷基萘、甲基多芳基甲烷等[5]。芳烃合成油是合成油中性能较好、发展最活跃的领域。

烷基苯是烯烃与苯在HF或AlCl3的作用下合成的单环芳烃为主要组分的烃类化合物。与矿物油相比，它具有优良的介电性能、抗析气性能、电稳定性和热稳定性能，与设备中的绝缘材料有很好的相容性等优点。

烷基二苯基乙烷是由二苯基乙烷的衍生物组成的绝缘液体，通常两个芳基带有短链烷基。烷基二苯基乙烷理化性能和电气性能优良，热稳定性高，析气性能大大优于烷基苯， 因而在电场作用下局部放电性能优良。

烷基萘是带有烷基取代基的萘组成的绝缘液体。烷基萘中主要使用的是二异丙基萘，二异丙基萘不是优良的全膜电容器的浸渍剂， 但它是优良的膜纸复合介质电容器的浸渍剂，是日本电容器用油量最大的绝缘油。

甲基多芳基甲烷主要是以单/双苄基的混合物为基的甲基多芳基甲烷衍生物组成的绝缘液体[5]。它是用甲苯和氯化苄经过化学合成反应后， 再经过净化、精馏、精制及混合等工序制成的电容器液体介质。由于它具有适合制作全膜电力电容器的优异性能和特点， 因而在行业得到越来越广泛地使用。

1.4合成酯绝缘油

合成酯绝缘油是化学物质合成出来的。它们是多羟基化合物和羧酸反应的产物，结构是由几个酸分子通过化学键结合中央一个多羟基化合物构成。分子链中羧酸通常是饱和的。这是合成酯性能稳定的原因。合成酯油是具有防火性能高、环保性好且耐湿性卓越的高性能绝缘油。与矿物油和硅油相比，合成酯具有许多的优势，对延长变压器的使用寿命、降低维护成本等方面也起到了重要的作用。我国2015年6月下线的自主研制时速350 km的中国标准动车组也选择了合成酯作为变压器油[6]。

1.5硅油变压器油

硅油是有机硅液体，是有机硅聚合物的一种。可供变压器用的硅油是20世纪50年代才发明的，目前已有40多种硅油。很多国家将硅油用于电气设备上。硅油用做变压器绝缘油，除了具有优良的电绝缘性能外，还具有燃点高，凝点低，黏度随温度变化很小等优点。随着工程对环境日益提高，提倡环保的硅油在小容量、35 kV以下的变压器中替代变压器油运用成为一种趋势[7]。

1.6植物绝缘油

植物绝缘油是由天然的油料作物经压榨，精炼和改性工艺制备而成，具有良好的电气性能、燃点高、原料来源广阔，具有可再生和生物降解等优势。美国于1996年完成第一台采用天然酯绝缘油225 kVA美式箱变样机，瑞典ABB公司于1999年生产出第一个商品名为“BIOTEMP”的植物绝缘油变压器，2000年美国库柏公司开发了以大豆油为原料的FR3油，并成功应用于配电变压器，日本富士电机2002年也开发出小型、轻便及环保性能好的菜籽酯油配电变压器[8]。

2 国内外变压器油产品介绍

2.1国外变压器油产品

国外变压器油产品生产厂家主要是Nynas公司和Shell公司，两家公司的产品列表如表1、表2所示。

表1 Nynas公司主要变压器油产品

表2 Shell大雅纳绝缘油产品

从表1可以看出：国外变压器油产品生产厂商Nynas公司将产品按照等级，共分为三大类，分别是超高等级产品、高等级产品和标准等级产品。其中超高等级产品共有4个，均是添加抑制剂，应用在特殊需求设备中的变压器油产品，这类产品具有很好的低温特性，在很低的低温环境下，变压器仍可以正常启动，而不需要添加任何的降凝剂，并且具有优异的热量传递性以及抗氧化安定性，延长变压器的使用寿命。高等级产品共有7个，符合国际电工委员会标准IEC 60296 4.0版本,2012的是产品是Nytro Gemini X和Nytro Lyra X，而Nytro 11GBX US、Nytro OrionⅡ、Nytro IzarⅡ、Nytro IzarⅠ和Nytro Bear均符合美国实验材料协会标准ASTM D3487。这类产品由于经过了加氢精制，油品有很好的抗氧剂感受性，因而具有优异的抗氧化安定性，减少了变压器的维护次数。标准等级产品共有两个，均是不加抑制剂，符合标准IEC 60296 4.0版本,2012的变压器油产品。这类产品由于油品本身具有天然的抗氧剂，氧化安定性比较好。

从表2可以看出：壳牌大雅纳绝缘油系列产品中，S2 ZU-I Dried和S2 ZU-I均是不含抗氧剂，符合IEC 60296的产品，S3 ZX-IG和S3 ZX-IG Dried均是含抗氧剂，具有优良的析气性能和电气性能，同时符合标准IEC 60296的产品。

2.2国内变压器油产品

国内变压器油生产厂商主要有中国石油昆仑系列变压器油、中国石化长城系列变压器油以及中国海油海疆系列变压器油产品，见表3、表4和表5。

表3 中国石油昆仑系列变压器油

表4 中国石化长城系列变压器油

表5 中国海油海疆系列变压器油[9]

中国石油昆仑系列变压器油是由适度精制的环烷基基础油加入一定量的抗氧添加剂调配而成，具有传热迅速、氧化安定性好，溶解性能好，电气性能优异等特点。产品牌号KI25X、KI45X、KI50GX、KI50X均满足国家标准GB 2536-2011中特殊技术要求的变压器油。其中KI50GX、KI50X适用于特高压直流、高压直流换流变压器等直流电气设备，也可以用于特高压交流、超高压交流及高压交流变压器等交流电气设备。产品牌号Petro45X满足标准IEC 60296-2012中特殊技术要求的变压器油。中国石化长城系列变压器油是由深度精制的矿物基础油和精选的抗氧剂组成，产品适用于电压等级330 kV及以下的变压器以及有类似要求的电器设备。中国海油海疆系列变压器油中的产品牌号HI-10、HI-20、HI-30符合GB 2536-2011 Ⅰ类通用级别要求，适用于交流变压器，HID-50符合GB 2536-2011 Ⅰ类特殊级别要求，适用于换流变压器。

3 结论

(1)矿物型变压器油是目前应用最广泛的变压器油类型，由原油经过溶剂精制工艺或深度加氢工艺生产而得。矿物型变压器油的性质根据原油基属及加工工艺的不同而有所差异。

(2)采用纳米材料提高改进矿物型变压器油性能是一个关注较高的全新领域，现阶段实验室研究结果显示，在提高导热性、电气特性和抗老化等方面具有较好的前景。

(3)从国内外变压器油产品来看，Nynas公司和Shell公司均采用加氢技术生产环烷基变压器油，而且变压器油产品种类丰富。国内变压器油生产厂商采用溶剂精制、深度加氢工艺进行变压器油产品的生产,产品种类较国外产品种类单一。因此变压器油生产厂商在产品的研究与研制过程中更应该注重扩宽产品的种类，注重油品在实际使用中的运行性能。

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[2] 孙坚明. 电力用油分析及油务管理[M].1版.北京：中国电力出版社，2009:10-11.

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[5] GB/T 21221-2007绝缘液体-以合成芳烃为基的未使用过的绝缘液体[S].

[6] 陆阳,刘诗佳. 变压器油的性能对比与选型[J].变压器, 2016,53(10)：44-45.

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[8] 项阳. 浅谈植物绝缘油变压器[J].变压器, 2014,51(12)：23-24.

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Transformer Oil Production Technology and Product Introduction at Home and Abroad

MA Rui-yan, ZHEN Xin-ping, ZHANG Jing, KE You-sheng, HE Jun

(PetroChina Karamay Petrochemical Company, Karamay 834000, China)

This article mainly introduces the production process of transformer oil and points out that the mineral type transformer oil is currently the most widely used type of transformer oil, which is obtained with solvent refining process or deep hydrogenation process by crude oil. Aromatic hydrocarbon synthetic oil, synthetic ester insulating oil also have outstanding advantages, with wide application fields. This paper also describes the research progress on improving the performances of mineral transformer oil using nano-materials, and involving the domestic transformer oil products and types of naphthene transformer oils in Nynas and Shell Company.

transformer oil; production technology; product

10.19532/j.cnki.cn21-1265/tq.2017.06.011

1002-3119(2017)06-0056-05

TE626.35

A

2017-07-03。

马蕊燕，工程师，2005年毕业于中国石油大学化学工程与工艺专业，现从事变压器油的研制与生产。E-mail：yps⁃maruiyan@petrochina.com.cn