CN106635246B - 一种高过载变压器油及其制备工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高过载能力电力变压器用绝缘油技术领域，具体涉及一种高过载变压器油及其制备工艺，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为40%‑57%：60%‑43%配制而成，本发明首先将天然酯绝缘油在真空搅拌条件下加热至80‑95℃；然后在真空条件下，将矿物绝缘油加入天然酯绝缘油中，先机械搅拌再超声波振荡；最后将处理后的变压器油进行双级真空过滤处理，处理后的油品闭口闪点≥155℃。本发明变压器油具有良好的理化、电气性能，运动粘度低，流动性好，使用寿命长，高过载能力变压器的过载能力高，变压器故障减少，有效解决“返乡负荷”问题，变压器的安全稳定性提高，具有良好的推广应用价值。

Description

一种高过载变压器油及其制备工艺
技术领域
本发明属于高过载能力电力变压器用绝缘油技术领域，具体涉及一种高过载变压器油及其制备工艺。
背景技术
为了有效解决农村春节及农忙时期配电变压器过载烧毁等问题，国家电网公司提出了农网高过载能力配电变压器研发、配置与应用方案，并发布标准Q/GDW 11190-2104《农网高过载能力配电变压器技术导则》，标准中规定高过载配变绝缘材料应满足B级以上绝缘耐热等级标准，最热点温度应满足GB/T 11021-2007的要求。
传统的矿物绝缘油闭口闪点较低，一般在140℃左右，只能达到B级绝缘耐热等级，不能够满足高防火性能及高过载配电变压器更高绝缘耐热等级的要求。虽然对现有的矿物绝缘油进行进一步的精炼加工可以有效地提高其闭口闪点值，但是会在一定程度上造成生产成本的增加。此外，矿物绝缘油作为不可再生资源，生物降解性差，泄露会对周边环境造成污染，是一种非环保的液体绝缘材料。
天然酯绝缘油是由天然的油料作物经压榨、精炼和改性等工艺制得，理化、电气性能良好，开口闪点可以达到300℃以上，击穿电压大于75kV，28天自然生物降解率可以达到97%以上，不会对周边造成环境污染，完全可以满足高过载电力变压器对绝缘油的要求，但是天然酯绝缘油成本较高且运动粘度大，流动性差，不利于变压器的散热。
通过两种绝缘油的性能及特点可以看出，天然酯绝缘油可以很好的弥补矿物绝缘油闭口闪点低、生物降解性差等缺陷，同时矿物绝缘油倾点低、流动性好，抗氧化性能良好等优点也可以和天然酯绝缘油进行很好的互补。如果将传统矿物绝缘油和新型天然酯绝缘油同时作为绝缘介质运用于变压器中，就能够结合两种油的优点，突破单一油品的缺点，能既提高闭口闪点，满足高过载变压器绝缘材料B级以上的要求，还能够改善其生物降解性，降低因泄露造成的环境污染等问题。
中国专利CN104987914A公开了一种低倾点混合绝缘油及其制备方法，该低倾点混合绝缘油各组分及质量百分比为：植物油79～89.5％，矿物绝缘油 10～20％，抗氧化剂0.5～1％。其制备方法为：（1）室温下将植物油真空过滤，然后加热至 50±5℃，在此温度下向植物油中混入矿物绝缘油，混合均匀得到混合油；（2）将混合油进行减压蒸馏，得到蒸馏后的绝缘油；（3）将蒸馏后的绝缘油自然降温至40℃后置于冷却装置内，从 40℃降温至 0℃后保温养晶，然后继续缓慢降温至-18℃，抽滤得到混合绝缘油；（4）将混合绝缘油加热至40℃后向其中加入抗氧化剂，搅拌的同时采用超声分散方式将抗氧化剂与混合绝缘油混合均匀，得到低倾点混合绝缘油。但是上述专利处理工艺复杂，制备周期较长，且不能有效改善绝缘油的运动粘度，不利于改善变压器的散热，限制其在高过载配电变压器中的应用前景。
中国专利CN101619254B公开了一种混合式绝缘油，水饱和度高，能有效抑制绝缘纸老化；混合式绝缘油，包括如下重量百分比的原料：植物油15-25％；矿物绝缘油 75-85％；本发明的混合式绝缘油比现行变压器油具有更好的氧化安定性、更好的环保性能和更高击穿电压，并能有效抑制油纸的绝缘老化，从而延长变压器使用寿命，减少设备故障，提高变压器运行的安全可靠；此外，本发明还提供上述混合式绝缘油的制备方法。但是，上述专利仅能满足绝缘材料B级绝缘耐热等级的要求，无法满足更高等级的要求，同样限制了高过载配电变压器的推广应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种高过载变压器油及其制备工艺。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为40%-57%：60%-43%配制而成。
优选地，所述高过载变压器油闭口闪点≥155℃，40℃运动粘度≤14.76mm2/s。
优选地，所述的天然酯绝缘油为精炼大豆油，所述精炼大豆油的酸值≤0.03mgKOH/g，闭口闪点≥250℃，击穿电压≥78kV，40℃运动粘度≤30mm2/s，耐热等级R级以上。
一种上述的高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在真空搅拌条件下加热至80-95℃；
（2）保持天然酯绝缘油温度为80-95℃，在真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌再超声波振荡；
（3）将步骤（2）处理后的变压器油进行双级真空过滤处理，处理后的油品闭口闪点≥155℃。
优选地，步骤（1）和步骤（2）所述真空的真空度为30-40Pa。
优选地，所述步骤（1）搅拌为机械搅拌，机械搅拌速度为85-100r/min。
优选地，所述步骤（2）机械搅拌速度为85-100r/min，时间20-25min。
优选地，所述步骤（2）所述超声波振荡频率20-30KHz，时间5-10min。
优选地，步骤（3）所述双级真空过滤处理条件为：加热温度为100-105℃，真空度≤30Pa，流量为2-4m3/h。
本发明的积极有益效果：
1. 本发明所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为40%-57%：60%-43%配制而成，两者用量恰当，优势互补，所得高过载变压器油性能优异。所述高过载变压器油相比单一的矿物绝缘油具有更高的击穿电压值和更高的闭口闪点值，闭口闪点≥155℃，击穿电压≥62.1kV，酸值≤0.0143mgKOH/g，介质损耗因数＜0.2%，粘度≤14.76%，耐热等级可达F级，完全可以满足Q/GDW 11190-2014对绝缘材料B级以上的要求；相比单一的天然酯绝缘油，40℃运动粘度≤14.76mm2/s，高过载变压器油流动性更好，更环保，可以有效改善因泄露造成的环境污染等问题，因此，本发明变压器油具有良好的理化、电气性能，运动粘度低，流动性好，使用寿命长，高过载变压器的过载能力高，变压器故障减少，有效解决“返乡负荷”问题，变压器的安全稳定性提高，具有良好的推广应用价值。
2.本发明所述的天然酯绝缘油为精炼大豆绝缘油，所述精炼大豆绝缘油的酸值≤0.03mgKOH/g，闭口闪点≥250℃，击穿电压≥78kV，40℃运动粘度≤30mm2/s，耐热等级R级以上，具有良好的理化和介电性能。
3. 本发明天然酯绝缘油在真空搅拌条件下加热至80-95℃，有利于天然酯绝缘油脱水脱气，同时降低天然酯绝缘油的运动粘度；天然酯绝缘油与矿物绝缘油在真空条件下先机械搅拌再超声波振荡，真空不但可以保证绝缘油的理化、电气性能不发生恶化，而且80-95℃高温可以进一步降低绝缘油的运动粘度，可以有效提高两种绝缘油的混合均匀程度，此外，在机械搅拌的基础上加入超声波振荡，可以使得分散的粒子直径达到1µm以下，有效提高两种绝缘油的均匀分散程度，进一步保证高过载变压器油的稳定性，同时超声波振荡时间短，克服了“超声振荡时间长易产生CH4、C2H4及C2H2等有机气体”的技术问题；本发明变压器油进行双级真空过滤处理，在进一步降低水分和气体含量的同时，也可以滤除油中的颗粒杂质，提高新型变压器油的电气绝缘性能。
4. 本发明步骤（1）和步骤（2）所述真空的真空度为30-40Pa，容易操作。所述步骤（1）搅拌为机械搅拌，机械搅拌速度为85-100r/min，所述步骤（2）机械搅拌速度为85-100r/min，时间20-25min，搅拌缓和，混合均匀，防止剧烈搅拌产生漩涡而不利于脱水及脱气处理；步骤（2）所述超声波振荡频率20-30KHz，时间5-10min，超声振荡时间短，减少了有机气体的产生。步骤（3）所述双级真空过滤处理条件为：加热温度为100-105℃，真空度≤30Pa，流量为2-4m3/h，可进一步降低水分和气体含量，也可以滤除油中的颗粒杂质，提高新型变压器油的电气绝缘性能。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明的技术方案作详细的描述，但本发明的保护范围并不局限于此。
实施例1
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为40%：60%配制而成，其性能参数见表1。
所述天然酯绝缘油制备方法包括以下步骤：
（1）将大豆油加热，以60r/min的速度搅拌，油温加热至68℃时，加入与油同温的、浓度为7°Bé的NaOH溶液（用量为油重的10%），NaOH溶液添加结束持续搅拌l0min，将转速降为30r/min，持续搅拌30min，静置12h后，排去底部的皂角；
（2）将大豆油加热至83℃，在80r/min的搅拌速度下加入91℃的蒸馏水进行水洗，蒸馏水用量为油重的15%，持续搅拌l0min后静置2h，并排去底部废水；
（3）重复步骤（2）直至步骤（2）中排放的废水的pH在7-8之间；
（4）在2000Pa真空条件下，将大豆油加热至100℃，进行真空脱水脱气处理60min;
（5）在120pa真空条件下，真空脱水脱气处理后的大豆油温度升至258℃时连续注入脱酸塔，大豆油注入流量控制在1500 L/h；同时，脱酸塔进行底部蒸汽喷射，蒸汽流量为大豆油注入流量的8%；
（6）脱酸后的天然酯绝缘油酸值若大于0.03mgKOH/g，继续进行深度脱酸处理；所得天然酯绝缘油酸值小于0.03mgKOH/g，采用二级水冷方式进行冷却，酸值0.0198mgKOH/g，闭口闪点265℃，击穿电压82.5kV，40℃运动粘度29.8mm2/s，耐热等级R级以上。
所述矿物绝缘油性能参数为：酸值0.008mgKOH/g，闭口闪点141.5℃，击穿电压54kV，40℃运动粘度6.52mm2/s，耐热等级B级。
上述高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在35Pa真空机械搅拌条件下加热至80℃，搅拌速度85 r/min；
（2）保持天然酯绝缘油温度为80℃，在35Pa真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌25min后再超声波振荡5min，机械搅拌速度85 r/min，超声波振荡频率20KHz；
（3）将真空混合后的新型变压器油升至102℃，在23Pa的真空条件下控制高过载变压器油流量为4m3/h进行双级真空过滤处理，处理后的高过载变压器油闭口闪点为157.3℃，达到F级绝缘耐热等级，满足企业标准Q/GDW 11190-2014中高过载配电变压器绝缘材料B级以上绝缘耐热等级标准的要求。
实施例2
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为47%：53%配制而成，其性能参数见表1。
所述天然酯绝缘油和矿物绝缘油与实施例1相同。
上述高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在30Pa真空机械搅拌条件下加热至85℃，搅拌速度95 r/min；
（2）保持天然酯绝缘油温度为85℃，在30Pa真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌25min后再超声波振荡7min，机械搅拌速度95 r/min，超声波振荡频率25KHz；
（3）将真空混合后的新型变压器油升至105℃，在20Pa的真空条件下控制高过载变压器油流量为3.7m3/h进行双级真空过滤处理，处理后的高过载变压器油闭口闪点为161.6℃，达到F级绝缘耐热等级，满足企业标准Q/GDW 11190-2014中高过载配电变压器绝缘材料B级以上绝缘耐热等级标准的要求。
实施例3
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为50%：50%配制而成，其性能参数见表1。
所述天然酯绝缘油和矿物绝缘油与实施例1相同。
上述高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在40Pa真空机械搅拌条件下加热至90℃，搅拌速度92 r/min；
（2）保持天然酯绝缘油温度为90℃，在40Pa真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌23min后再超声波振荡7min，机械搅拌速度92 r/min，超声波振荡频率28KHz；
（3）将真空混合后的新型变压器油升至100℃，在15Pa的真空条件下控制高过载变压器油流量3.5m3/h进行双级真空过滤处理，处理后的高过载变压器油闭口闪点为162.5℃，达到F级绝缘耐热等级，满足企业标准Q/GDW 11190-2014中高过载配电变压器绝缘材料B级以上绝缘耐热等级标准的要求。
实施例4
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为53%：47%配制而成，其性能参数见表1。
所述天然酯绝缘油和矿物绝缘油与实施例1相同。
上述高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在33Pa真空机械搅拌条件下加热至92℃，搅拌速度88 r/min；
（2）保持天然酯绝缘油温度为92℃，在33Pa真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌25min后再超声波振荡8min，机械搅拌速度88 r/min，超声波振荡频率28KHz；
（3）将真空混合后的新型变压器油升至103℃，在18Pa的真空条件下控制高过载变压器油流量2.9m3/h进行双级真空过滤处理，处理后的高过载变压器油闭口闪点为164.3℃，达到F级绝缘耐热等级，满足企业标准Q/GDW 11190-2014中高过载配电变压器绝缘材料B级以上绝缘耐热等级标准的要求。
实施例5
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为57%：43%配制而成，其性能参数见表1。
所述天然酯绝缘油制备方法包括以下步骤：
（1）将大豆油加热，以80r/min的速度搅拌，油温加热至72℃时，加入与油同温的、浓度为8.5°Bé的NaOH溶液（用量为油重的12%），NaOH溶液添加结束持续搅拌l5min，将转速降为40r/min，持续搅拌45min，静置10h后，排去底部的皂角;
（2）将大豆油加热至80℃，在100r/min的搅拌速度下加入90℃的蒸馏水进行水洗，蒸馏水用量为油重的15%，持续搅拌l5min后静置2.5h，并排去底部废水；
（3）重复步骤（2）直至步骤（2）中排放的废水的pH在7-8之间；
（4）在1900Pa真空条件下，将大豆油加热至105℃，进行真空脱水脱气处理90min;
（5）在100pa真空条件下，将真空脱水脱气处理后的大豆油温度升至262℃时连续注入脱酸塔，大豆油注入流量控制在1450 L/h；同时，脱酸塔进行底部蒸汽喷射，蒸汽流量为大豆油注入流量的10%；
（6）脱酸后的天然酯绝缘油酸值若大于0.03mgKOH/g，继续进行深度脱酸处理；所得天然酯绝缘油酸值小于0.03mgKOH/g，采用二级水冷方式进行冷却，酸值0.0175mgKOH/g，闭口闪点273℃，击穿电压80.6kV，40℃运动粘度28.7mm2/s，耐热等级R级以上。
所述矿物绝缘油与实施例1相同。
上述高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在31Pa真空机械搅拌条件下加热至95℃，搅拌速度92 r/min；
（2）保持天然酯绝缘油温度为95℃，在31Pa真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌22min后再超声波振荡10min，机械搅拌速度92 r/min，超声波振荡频率25KHz；
（3）将真空混合后的新型变压器油升至103℃，在18Pa的真空条件下控制高过载变压器油流量2.3m3/h进行双级真空过滤处理，处理后的高过载变压器油闭口闪点为166.7℃，达到F级绝缘耐热等级，满足企业标准Q/GDW 11190-2014中高过载配电变压器绝缘材料B级以上绝缘耐热等级标准的要求。
实施例6
一种高过载变压器油，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为44%：56%配制而成，其性能参数见表1。
所述天然酯绝缘油和矿物绝缘油与实施例5相同。
上述高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在32Pa真空机械搅拌条件下加热至92℃，搅拌速度100 r/min；
（2）保持天然酯绝缘油温度为92℃，在32Pa真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌20min后再超声波振荡9min，机械搅拌速度100 r/min，超声波振荡频率30KHz；
（3）将真空混合后的新型变压器油升至102℃，在30Pa的真空条件下控制高过载变压器油流量2m3/h进行双级真空过滤处理，处理后的高过载变压器油闭口闪点为158.9℃，达到F级绝缘耐热等级，满足企业标准Q/GDW 11190-2014中高过载配电变压器绝缘材料B级以上绝缘耐热等级标准的要求。
表1本发明实施例1-6制备的高过载变压器油的性能参数
Figure 543892DEST_PATH_IMAGE001
由表1可知，本发明实施例1-6制备的高过载变压器油，结合了矿物绝缘油抗氧化能力强，流动性好的优点，相比单一的天然酯绝缘油具有更好的流动性，可以保证变压器具有良好的散热，价格低，具有良好的推广应用前景；相比单一的矿物绝缘油，高过载变压器油结合了天然酯绝缘油燃点高、电气性能优良等优势，具有更高的击穿电压值和更高的闭口闪点值，有效提高高过载能力变压器的过载能力，同时改善了变压器油因泄露造成的环境污染等问题。
以上实施例只是为本发明进行了详细的说明，并不是为了限制本发明的保护范围。在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围之内。

Claims (1)

1.一种高过载变压器油，其特征在于，所述高过载变压器油由天然酯绝缘油与矿物绝缘油按体积百分比为40%-57%：60%-43%配制而成；
所述高过载变压器油闭口闪点≥157.3℃，击穿电压≥62.1kV，介质损耗因数≤0.1896%，酸值≤0.0143mgKOH/g， 40℃运动粘度≤14.76mm2/s，耐热等级可达F级；
所述的天然酯绝缘油为精炼大豆绝缘油，所述精炼大豆绝缘油的酸值0.0198mgKOH/g，闭口闪点265℃，击穿电压82.5kV，40℃运动粘度29.8mm2/s，耐热等级R级以上；
或者所述的天然酯绝缘油为精炼大豆绝缘油，所述精炼大豆绝缘油的酸值0.0175mgKOH/g，闭口闪点273℃，击穿电压80.6kV，40℃运动粘度28.7mm2/s，耐热等级R级以上；
所述矿物绝缘油性能参数为：酸值0.008mgKOH/g，闭口闪点141.5℃，击穿电压54kV，40℃运动粘度6.52mm2/s，耐热等级B级；
所述的高过载变压器油的制备工艺，包括以下步骤：
（1）将天然酯绝缘油在真空搅拌条件下加热至80-95℃；
（2）保持天然酯绝缘油温度为80-95℃，在真空条件下加入矿物绝缘油中，先机械搅拌再超声波振荡；
（3）将步骤（2）处理后的变压器油进行双级真空过滤处理，处理后的油品闭口闪点≥157.3℃；
步骤（1）和步骤（2）所述真空的真空度为30-40Pa；
所述步骤（1）搅拌为机械搅拌，机械搅拌速度为85-100r/min；
所述步骤（2）机械搅拌速度为85-100r/min，时间20-25min；
所述步骤（2）所述超声波振荡频率20-30KHz，时间5-10min；
步骤（3）所述双级真空过滤处理条件为：加热温度为100-105℃，真空度≤30Pa，流量为2-4m3/h。
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