CN103343029A - 一种导热变压器油的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种导热变压器油的制备方法，它通过，采用BN粒子的高导热性，将纳米BN微粒加入到纯变压器油中，经过一系列的混合加工处理工序，形成稳定的纳米流体，由于BN粒子有很强的导热性，形成的复合变压器油的导热性能有显著的提高，同时纳米微粒的加入，使变压器油的相关介电性能和击穿强度也相应的提高。

Description

一种导热变压器油的制备方法

技术领域

本发明涉及一种导热变压器油的制备方法，尤其涉及新型的基于高导热无机颗粒的变压器油的制备方法。 

背景技术

变压器油是指适用于变压器等电气设备，起着冷却和绝缘作用的低粘度油品，它的主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃等化合物，俗称方棚油，浅黄色透明液体，相对密度为0.895，凝固点小于-45℃。目前应用于工业生产中的油浸式电力变压器广泛使用的绝缘方式是25号变压器油和普通纤维素绝缘纸构成的复合绝缘。近年来变压器油过热性问题受到越来越多的重视，通过定期进行变压器油中气体的色谱分析，可以有效地发现变压器内部过热、放电故障。一般来说，变压器导电、导磁回路存在缺陷，便会引起变压器油中气体含量增高，因此，提高变压器油的导热性成为了一个非常重要的课题。 

目前，国际上已经将纳米技术广泛应用于微纳电子工艺、强化传热和表面处理等多个研究领域，并且提出了纳米流体的概念，即将粒径小于100nm的纳米颗粒通过一定的分散方法分散到基液中，形成稳定的悬浮液。有文献报道，在变压器油中添加纳米颗粒形成的稳定的纳米流体可以提高变压绕组的散热作用，传统的小桥击穿理论认为纯净度是绝缘油电气强度的根本保证，而当在油中加杂质时，杂质在电场作用下形成小桥，导致油的绝缘性能大幅度下降，因此，工程上严格要求变压器油的纯净度。然而介于宏观和微观之间的纳米颗粒，比普通的杂质颗粒小了二至三个数量级，因它们的纳米效应使得纳米流体具有很高的稳定性，小桥理论不再适用。而正是由于受固有的小桥理论局限，这一重要的纳米效应多年来一直被学者们忽略，没能受到足够的重视。因此21世纪处于纳米技术起步分时代，我们有足够的理由相信，它将取得令人惊讶的成绩。 

液体介质除了具有绝缘作用外，还具有冷却作用，经常也被用来做冷却剂，同时液体绝缘介质还具有灭弧作用，可以作为高电压电气设备中的灭弧材料。因此，液体电介质作为绝缘材料来说不仅要求具有稳定的化学性能、物理性能和机械性能等，还要求其具有高的绝缘强度。目前针对纳米流体的研究主要还集中在对纳米流体电学特性建模等方面的研究，针对其导热性能及绝缘性能的研究相对还比较少。其中，针对纳米改性变压器油的导热性能和绝缘性能等电气性能的研究显得更为重要。总之，提高应用于变压器油纸复合绝缘系统的绝缘材料本身的导热性能和绝缘性能，研究变压器油纳米流体的导热特性、绝缘特性是提高电力变压器运行安全稳定性的重要发展方向，是国内外很多学者的研究目标。 

纳米流体应用于纳米改性变压器油的前提和关键是纳米流体的制备。制备纳米流体主要有一步法和两步法这两种方法。一步法指的是在制备纳米颗粒过程中将纳米颗粒分散得加进基液中。这种方法具体是指通过化学气相沉积法或物理气相沉积法将纳米颗粒制备出来并且分散到基液中去。不过这种方法只适合于在低气压的流体，并且添加的纳米颗粒为金属颗粒，并且具有费用大，设备的要求高等缺点，、而如果作为纳米改性变压器油的制备方法则不适合。两步法，顾名思义是分两步进行，第一步是纳颗粒的制备，第二步是将纳米颗粒分散得加入基液中。首先通过沉积法、磨制法制备出纳米颗粒或纳米纤维，然后通过超声波震荡，水浴加热，机械搅拌等发放使得纳米颗粒均匀地分散到基液中形成稳定的悬浮液，也就是纳米流体。对于变压器油纳米流体来说，这种方法比较适合，但是保持长期稳定性对于这种方法是一个待研究解决的课题。 

目的 

本发明的目的在于提供一种导热变压器油的制备方法，可使变压器油的相关介电性能，击穿强度有相应的提高。 

技术方案 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

1：利用利用BN粒子的高导热性，将纳米BN微粒加入到纯变压器油中，经过一系列的混合加工处理工序，形成稳定的纳米流体。 

2：由于BN粒子有很强的导热性，形成的复合变压器油的导热性能有显著的提高，同时由于纳米微粒的加入，变压器油的相关介电性能，击穿强度也有相应的提高。 

有益效果 

本发明的优点和有益效果： 

(1)提供了一种制备纳米粒子稳定分散的变压器油纳米流体的工艺流程。 

(2)显著提高变压器油的导热性能，对提高变压器的容量和过载能力以及减小变压器设计尺寸起到了很大帮助； 

(3)提高了变压器油的击穿性能及相关电气强度，提升了变压器油绝缘强度； 

(4)降低变压器油的能量损耗。 

附图说明

图1是本发明实施实例中试样导热试验温升曲线图； 

图2是本发明实施实例中试样散热试验降温曲线图； 

图3是本发明实施实例中试样交流击穿电压分布图； 

最佳实施方式 

为测试BN纳米颗粒对高导热变压器油的相关电气性能及其他性能的影响，需要制备出不同梯度的变压器油纳米流体。取用变压器油五份，其中一份为基础油作对比试验用，另外四份分别与不同重量的纳米BN颗粒混合，得到变压器油纳米流体。 

1.制备过程 

(1)按质量比1∶1称取粒径为100nm的BN纳米粉体和表面活性剂并置于有机溶剂中，采在40℃水浴下搅拌悬浊液5h，是表面活性剂与BN粒子充分结合。 

(2)40℃水浴下搅拌悬浊液至黏稠状，得到表面活性剂包覆的BN粒子黏浆。 

(3)将表面活性剂包覆的BN粒子按一定质量分数添加至基础油中，在40℃水浴下继续搅拌至有机溶剂挥发完全，然后超声振荡分散50min，将油品静置2h，得到BN粒子均匀分散的稳定油体。 

(4)将油体放入恒温真空干燥箱中，在25℃下真空干燥24h，以确保油体中的水蒸气和气泡排出，根据这个流程制成质量分数分别为0％、0.01％、0.03％、0.05％和0.1％的BN变压器油纳米流体。 

2.测试实验 

(1)导热实验 

为了更好的模拟变压器绕组温升，将加热电阻置于变压器油试样内以恒定功率加热，红外热成像仪分别从试样正上方拍摄加热过程中的变压器油表面温度。从室温起进行加热，升温时间为50分钟，通过红外热成像仪测出5种变压器油试样的温升过程，如图1所示。我们可以得出：第一，相比于未处理过的变压器油，在添加BN纳米颗粒的变压器油试样中，加热电阻产生的热量传递至周围变压器油中的速度更快，热量传递至油表面的速度也更快；第二，随着BN纳米粒子含量的增加，这种趋势更明显。因此，我们可以得到如下结论，纳米改性变压器油的提出可以改善原有变压器油的导热性能。 

(2)散热实验 

导热实验中主要反映的是升温时的传热速率，而变压器工作时，温度过高会影响其安全稳定运行，因此散热速率对变压器更显得尤为重要，因此对5种试样进行散热实验，同样将加热电阻置于变压器油试样内进行加热，测量加热电阻表面温度变化，5组实验中都先对加热电阻在油试样外进行加热至相同温度，然后在油试样中冷却。前三十秒钟温度变化较快，每十秒钟记录一个数据，之后温度变化较平缓，每三十秒钟记录一个温度值，得到降温曲线如图2，从而获得变压器油对绕组散热速率。第一，相比于未处理过的变压器油，在添加BN纳米颗粒的变压器油试样中，加热电阻的温度下降的更快；第二，随着BN纳米粒子含量的增加，这种趋势更明显。因此，我们可以得出以下结论，BN纳米颗粒的加入提高了变压器油对绕组热量的消散速率，而散热速率是表征绝缘材料导热性能的一个重要参数，也就是说变压器油的导热性能得到了提高。 

(3)交流耐压实验 

将板板电极置于变压器油试样中，通过交流变压器产生交流电压加于两极板。本实验对5种变压器油试样各测取10次交流电压击穿临界值，取其平均值，从而得到放电强烈程度，通过分析这些实验数据得出BN纳米颗粒对变压器油绝缘强度的影响。本实验中，试验环境维持不变，五种变压器油试样的平均交流击穿电压值如图3所示，通过该柱状图我们可以明显的观察到，随着BN纳米颗粒浓度的增加，变压器油试样交流击穿电压增大，也就是说，BN纳米颗粒的加入使得变压器油耐压水平得以提升，即提高了其绝缘强度。 

(4)相对介电常数和电介质损耗的测量 

将板板电极置于变压器油试样中，电极两端分别接测量仪器两端，用来测量变压器油的相对介电常数和电介质损耗。实验结果如下表1所示。介电常数随着BN含量的增加而呈增大趋势，而电介质损耗有显著下降。因此我们可以发现，BN纳米颗粒的加入使得原有变压器油的相对介电常数略有升高，对于使油纸绝缘内部电场均匀分布有一定帮助，同时介损的减小可以显著降低变压器油引起的能量损耗。 

油样品	相对介电常数	介损角
			0％	2.23	0.32％
0.01％	2.29	0.26％
			0.03％	2.33	0.24％
0.05％	2.35	0.23％
			0.1％	2.36	0.21％

表1相对介电质。 

Claims (2)

1. XXXX.本发明专利涉及一种导热变压器油的制备方法，它包括：
2. 1.本发明通过采用BN粒子的高导热性，将纳米BN微粒加入到纯变压器油中，经过一系列的混合加工处理工序，形成稳定的纳米流体，由于BN粒子有很强的导热性，形成的复合变压器油的导热性能有显著的提高，同时纳米微粒的加入，使变压器油的相关介电性能，击穿强度也有相应的提高。

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