天然酯变压器在延安黄河引水工程中的应用

胡 宇，郭宇光，郭 琳

（陕西省水利电力勘测设计研究院，陕西 西安 710001）

0 引言

延安黄河引水工程是以黄河和清涧河为水源，经多级加压，双库调节，向延安市城区和延长、延川、子长、清涧4县城及延川县永坪镇生活和工业园区供水的长距离引水工程。

工程共设9座泵站、3座净水厂及2座水库等水工建筑物，9座泵站安装水泵电动机组71台套，总装机功率48144 kW，运行电机功率34871 kW，备用电机功率13273 kW。其中黄延线引水线路布设泵站6座，安装水泵电动机组52台套，装机功率38678 kW。

黄延线共设计10台35 kV双圈有载调压变压器，单台最大容量为10000 kVA。

天然酯绝缘油，又称植物绝缘油或天然酯，源于天然油料作物，甘油三酯为其主要成分。天然酯的分子中含有酯键，分子量高于传统矿物油。相较矿物油，天然酯绝缘油环保性好，经口无毒性，对水生动物无毒性，28天内生物降解度可达98%以上（远超传统矿物油）。此外，天然酯绝缘油的燃点可达350℃以上（矿物绝缘油的燃点约为160℃）[1]。尤为关键的是，天然酯绝缘油对水分的溶解吸收能力较强，亦可与水发生水解反应，并能在绝缘纸表面形成酯化保护膜，这些均能降低油浸绝缘纸中的水分含量，进而可延长变压器绝缘纸的使用寿命5～8倍（根据IEC 62770标准附录计算）。因此天然酯绝缘油可作为一种具有很大潜力的环保型绝缘液体介质。

延安黄河引水工程对于项目所在地环保要求非常严格，不能因为设备绝缘油泄漏造成水源地的污染，针对此情况，在对天然酯及天然酯变压器进行充分实验的基础上，延安黄河引水工程35 kV主变最终选择使用天然酯绝缘油变压器。

1 天然酯试验

本项目采用RAPO天然酯绝缘油。依据标准IEC 62770及DL/T 1360[2]的规定，针对项目选用的绝缘油进行了全面的理化电气特性试验。并根据该标准对数据进行对比分析得出结论。综合试验数据如表1所示，由表可见，项目所选用天然酯的介损约为标准值的1/5、击穿电压超过标准要求值的2倍，其余理化参数也远高于标准要求，从而本项目所采用的国产天然酯绝缘油完全满足IEC 62770及DL/T 1360标准的要求。

表1 国产天然酯绝缘油典型参数

依据规范GB/T 21757[3]，针对天然酯绝缘油进行环保特性验证性实验，即急性经口毒性测试。该实验中，三只小白鼠分别口服标准中所规定的最大剂量绝缘油，由此验证其经口毒性。结果表明，小白鼠无一死亡。与此同时，依据规范GB/T 27861[4]进行鱼类急性毒性实验，即：采用3种鱼类（斑马鱼、鲤鱼、鲫鱼）进行规定时间内的测试。结果表明，96小时实验时间内无一死亡。这说明，天然酯绝缘油对水生动物无毒性。

此外，天然酯也存在如运动粘度较矿物油高，倾点较矿物油高等问题。因而，本项目针对于此，对变压器进行了散热结构上的改进，并对天然酯变压器在低温下冷启动问题进行跟踪分析。

2 天然酯变压器设计

与传统矿物油变压器相比，天然酯变压器设计更关注结构的散热问题，这主要是归因于天然酯的运动粘度远大于矿物油（接近于矿物绝缘油的4倍）。尽管天然酯的热导率高于矿物油，但仍无法抵消较高粘度对散热所带来的不良影响。因此，相较于传统矿物油变压器，天然酯变压器需着重改良其散热系统的设计，以满足规范对变压器温升的要求。

本项目针对天然酯绝缘油粘度较高，散热较差的问题，对其进行针对性的特殊设计，主要措施为增加油道宽度和扩大储油柜至油箱本体的管径等，该特殊设计的天然酯变压器，其温升满足规范GB 1094.2[5]的要求。温升及其他部分试验数据如表2所示。由表可见，该变压器满足规范GB/T 6451[7]要求。

表2 天然酯变压器出厂检测结果

3 天然酯变压器运行测试

天然酯变压器的运行维护基本类似于矿物油变压器，其具体规定参考国家电网标准Q/GDW 11659[6]《天然酯绝缘油配电变压器技术导则》中的要求。本项目所涉及的天然酯变压器应用场所在延安延川，冬季气候寒冷，极端低温达-25.1℃。但天然酯长期应用于-18℃以下即会产生凝结，具体测试结果如表4所示。

依据表3的数据结果，当室外温度长期维持在-18℃以下时，变压器冷启动时需考虑其环境温度的因素。针对这一情况，要求变压器带负荷运行前首先对变压器空载运行，之后逐步增加负载，使得变压器温度逐步提高，进入正常运行状态。也就是说，变压器空载一段时间后方可达到稳定状态，在此期间，天然酯油温与外界温度存在差值，那么变压器空载运行多久后才可达到稳定状态，针对该问题，本项目对变压器的空载运行油温进行了一系列的监测，结果如表4所示。

表3 天然酯绝缘油长期冷特性试验结果表

表4 天然酯变压器运行温度

由表4可见，天然酯变压器的油温随环境温度变化而变化。当环境温度达到极高值10℃时，油温约低于外界温度4℃；当外界温度达到极低-10℃时，油温约高于外界气温4℃。在外界温度在-10～＋10区间内，变压器经空载运行约12小时后，其油温基本达到稳定值，即：约高于外界温度25℃。由此可推断，当延川县达到极限低温-20℃时，变压器经充分空载运行，其油温高于0℃。不存在天然酯凝结的风险。

4 结论

首先对本项目所选用的天然酯进行了一系列试验，通过对试验数据与IEC 62770标准进行对比，满足规范的各项技术要求。其次对变压器的结构设计进行了优化，通过对天然酯变压器出厂验收测试，本项目天然酯变压器各项参数满足国家规范要求。具体结论如下：

1）天然酯绝缘油与传统矿物油相比较有其突出的特点：28天内生物降解度可达98%以上（远超传统矿物油）。此外，天然酯绝缘油的燃点可达350℃以上（矿物绝缘油的燃点约为160℃）。天然酯可与水发生水解反应，并能在绝缘纸表面形成酯化保护膜，能降低油浸绝缘纸中的水分含量，延长变压器绝缘纸的使用寿命5～8倍。

2）国内已具备成熟的绝缘油生产能力，延安黄河引水工程所选用天然酯各项性能参数全部符合规范规定。且本项目所选天然酯无毒性，满足水源地对环保的各项要求。

3）由于天然酯运动粘度约为矿物油的4倍，对变压器散热造成不利影响，通过增加油道宽度和扩大储油柜至油箱本体的管径两个方面的改良设计。解决了变压器温升问题，最终通过全部的验收实验，满足规范GB/T 6451[14]及设计要求，现场运行良好。

4）延安黄河引水工程所在地冬季气候寒冷，极端低温达-25.1℃。本项目所采用天然酯长期应用于-18℃以下即会凝结，针对此情况，要求变压器带载运行前需空载运行一段时间，以消除此问题。