昆仑电力机车变压器油

2019-09-03张绮马书杰于会民王会娟张昱边文龙

润滑油 2019年4期

张绮，马书杰，于会民，王会娟，张昱，边文龙

(1.中国石油兰州润滑油研究开发中心环烷基油研究所，新疆克拉玛依 834003；2.中国石油润滑油重点实验室，新疆克拉玛依 834003；3.中国石油克拉玛依润滑油厂，新疆克拉玛依 834003)

0 引言

交通运输业是国民经济的基础产业，而铁路运输作为重要的交通手段担负着艰巨的历史使命。随着社会进步和铁路发展，中车机车经历了从无到有、从弱到强的发展过程，先后走过了蒸汽时代、内燃时代和电力时代三个阶段，形成了直流传动、交流传动两大主要平台。在近十年中国铁路装备现代化高速发展的推动下，中车机车通过技术引进、消化、吸收、再创新，从以东风(DF)系列为代表的内燃机车平台、韶山(SS)系列为代表的电力机车平台、工矿(GK)系列为代表的工矿用机车平台，全面发展至以和谐内燃(HXN)和和谐电力(HXD)为代表的大功率交流传动系列产品。

其中，和谐电力机车具有功率大、速度快、过载能力强、自身负重低、牵引力和加速度大、维修量少、能源利用率高以及清洁环保等优点，不仅广泛用于干线铁路的运营，而且服务于城市轨道交通中。目前在我国，中车电力机车已涵盖HXD1/HXD2/HXD3等3大系列10多个品种。

在电力机车中，起着重要作用的牵引电传动系统一般采用交-直-交传动形式，其牵引设备主要包括高压电器、主变压器和牵引变流器等，而对于电力机车变压器用绝缘油，大多使用矿物绝缘油，其质量的好坏直接影响整个机车系统的安全运行和经济效益[1]。

1 铁路牵引变压器绝缘油标准

在铁路牵引变压器中，绝缘油根据其种类一般分为矿物油、硅油和酯油，酯油还分为合成酯和天然酯，通常用户根据铁路机车的车型和设计构造来选择不同的变压器油。在我国，电力机车牵引变压器多选用矿物型环烷基变压器油，CRH系列型动车牵引变压器多选用硅油，中国标准动车组牵引变压器使用合成酯油。

目前国内外铁路牵引变压器绝缘油标准有很多，矿物型的有GB 2536-2011《变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》(IEC 60296-2003，MOD)、IEC 60296-2012《变压器和开关用未使用绝缘油规范》、ASTM D3487-2016《电气设备用矿物绝缘油标准》；硅油有GB/T 21218-2007《电气用未使用过的硅绝缘液体》(IEC 60836-2005，IDT)、IEC 60836-2015《电气用未使用过的硅绝缘液体》、ASTM D4652-05(2012)《电气绝缘未使用硅绝缘标准规格》；酯类有IEC 61099-2010《绝缘液体用于电气的未使用合成有机酯规格》、IEC 62770-2013《电工液体变压器及类似电气设备未使用的天然酯》、ASTM D6871-2017《电气设施中使用的天然(植物油)酯液体标准规范》，酯类没有相应的国家标准。以上标准分别见表1、表2、表3。

表1 矿物型绝缘油标准

表2 硅绝缘油标准

矿物型变压器油是从石油中提炼，富含环烷烃、链烷烃和少量芳香烃，具有优异的电气性能和抗氧化性能，该类油与硅油和酯油相比较，具有黏度小、闪点低、散热好、使用过程易处理和价格便宜等特点。硅绝缘油与合成酯油是由化工生产得到，黏度大、闪点高、防火等级高，但价格昂贵。在相同条件下，酯绝缘油介质损耗高于矿物油和硅油，体积电阻率低于矿物油和硅油[2]，从环保性能看合成酯油生物降解率高，矿物油生物降解缓慢，硅油不易降解。天然酯绝缘油的环保性能更好，但由于该类油黏度更大，倾点更高，其低温性能和散热性能不利于铁路机车的不同温度变化的工况，因此在我国铁路机车上基本不使用。目前应用在我国高速动车组牵引变压器油多为进口品牌的硅油、合成酯油，应用在电力机车上的变压器油多为中国石油昆仑牌矿物型变压器油。

2 矿物型电力机车变压器油产品性能

我国自1958年研制出第一台 “韶山1” 电力机车以来，即从SS1发展至SS9型，其变压器油多用25号和45号变压器油。2007年以后，铁路部为实现电力机车深度国产化，由中国南车株洲电力机车引进消化吸收德国西门子公司先进的“欧洲短跑手”系列电力机车的设计与制造技术，向大秦铁路提供“和谐1”型时速120 km的DJ4(9600 kW、八轴)大功率交流传动电力机车，这种大功率电力机车装机用油原采用进口变压器油(Shell Diala DX)，后来被中国石油昆仑牌号KI50DX电力机车专用变压器油所替代。KI50DX为矿物型环烷基变压器油，质量性能符合GB 2536-2011标准中高级别变压器油，该产品自2008年开始在株洲电机公司HXD1、HXD1B、HXD1C等机车牵引变压器上运行，部分变压器已运行10年，运行里程达到200×104km。

近来在国内市场上，电力机车牵引变压器除了使用中国石油KI50DX/40DX电力机车变压器油，大多就是壳牌公司的Shell Diala S3 ZX-I和S4，这两种产品均满足IEC 60296-2012指标要求，其中S4为壳牌公司新推出的天然气合成油(GTL)。昆仑KI50DX/40DX变压器油只满足国家标准，不满足IEC 60296-2012标准。

目前，随着我国铁路电车技术的迅猛发展及出口项目的推进，铁路总公司在采购和谐电力机车的合同中已开始要求变压器油质量要符合IEC 60296-2012标准要求，电力机车制造商纷纷提出要求电力机车专用变压器油应满足IEC 60296-2012标准。其中，中车大连机车车辆有限公司随着电力机车新产品的国产化，计划将部分HXD3C型机车使用符合IEC 60296-2012的电力机车专用变压器油代替进口Shell Diala S3 ZX-I及S4变压器油。为了满足市场需求，实验室对KI50DX变压器油进行了质量升级(Petro 50DX)，并将该实验室产品送往美国DOBLE公司进行评定，其质量性质及评定结果见表4。

表4 Petro 50DX电力机车变压器油性质

表4(续)

从表4碳型分析看，KI50DX、Petro 50DX及Diala S3 ZX-I为环烷基变压器油，具有优良的电气性能和低温性能；Diala S4 ZX-I为天然气合成油，具有石蜡基油特性，其倾点相对较高。从添加剂含量和氧化安定性结果看，质量升级后的Petro 50DX变压器油，在调整基础油结构及添加剂配方后，其氧化安定性满足高级别指标要求，并且各项性能完全满足IEC 60296-2012标准I类油高级别指标要求，未来可用于中国中车集团、大同ABB等电力机车牵引变压器用油。