CN108130176B - 一种三元混合绝缘油及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种三元混合绝缘油及其制备方法，三元混合绝缘油包括质量比为100:0.05～0.4的基础油和抗氧化剂；以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％；所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。该三元混合绝缘油具有比传统混合绝缘油更低的运动粘度和介质损耗，使得绝缘油具有更优的散热性能，将使得变压器油纸绝缘系统在同样运行负载下，具有更低的运行温度。其具有更高的工频击穿电压。其还能有效减缓油纸绝缘系统老化速率，延长油纸绝缘类电气设备绝缘寿命；以及更优良的环保性能和油纸绝缘体系配合性能。

Description

一种三元混合绝缘油及其制备方法
技术领域
本发明涉及绝缘油技术领域，尤其涉及一种三元混合绝缘油及其制备方法。
背景技术
电力变压器在电网电能传输和配送过程中起到能量转换的核心作用，是电网安全运行中最重要的设备。绝缘油是变压器绝缘系统的重要组成部分，兼具绝缘和散热的双重任务，在变压器内用量很大，对变压器的安全运行起到决定性作用。
目前，绝缘油主要分为矿物绝缘油、合成绝缘油、植物绝缘油及混合绝缘油。矿物油具有价格便宜、绝缘性能优良、凝点低、粘度小等突出优点，是油浸式电力变压器中应用最广泛的绝缘油。但矿物油是一种不可再生的化石能源，且闪点、燃点和水饱和度较低，生物降解性差，一旦泄漏将会对水源、居住环境等造成污染，不满足绿色环保型绝缘材料的要求。近20年来，寻找矿物绝缘油替代品的研究引起国内外学者的广泛重视，并取得了令人瞩目的研究进展。现有的替代品主要包括两大类：合成绝缘油和植物绝缘油。合成绝缘油具有优良的理化性能，在大多数性能参数上能与矿物绝缘油媲美，但由于其成本昂贵及制造装置和技术条件的复杂性，限制了其进一步的推广应用。植物绝缘油具有良好的电气性能，闪点高于300℃，生物降解率高达97％，饱和含水量极高，环保可再生，满足电气设备防火性能的要求，而且能有效延缓绝缘纸老化，被认为是矿物绝缘油的最佳替代品。与矿物油相比，植物绝缘油具有更高的电气强度、更高的燃点及闪点，在提升变压器过负荷能力方面有着很大的优越性，但由于天然酯自身分子结构特性而决定的植物油具有凝点高、氧化安定性差、粘度、酸值及介质损耗高等缺点，使得植物绝缘油性能参数，尤其是粘度、介损和酸值无法满足现行变压器绝缘油的标准，在灌装于现有的变压器，尤其是高电压等级变压器之前，需要对绝缘、散热等关键结构进行重新设计，以满足变压器的出厂检验及安全运行需求。
通过将不同绝缘油按照一定工序混合起来组成新的混合绝缘油，可以扬长避短，改善单一绝缘油的某方面性能。梁帅伟等人采用橄榄油与矿物油二者混合，郭沛等人采用菜籽油与矿物油二者混合，均制备性能较好的二元混合绝缘油。然而这两种二元混合绝缘油虽具备一定的延缓绝缘纸老化的作用，但其很多重要性能参数均不不能满足现行GB2536-2011《电工流体变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》的相关参数要求。比如橄榄油与矿物油混合而成的绝缘油的运动粘度是12.855mm2/s，已不能满足国标中规定的不大于12mm2/s的要求；其击穿电压仅为58kV，已不满足国标中规定的不小于70kV的要求；菜籽油与矿物油混合而成的混合绝缘油的介损为0.597％，也不能满足国标中规定的不大于0.5％的要求。
随着电网设备全寿命周期管理的推进，对油纸绝缘材料的热稳定性、延缓绝缘老化性能、环保性能等提出了更高的要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种三元混合绝缘油及其制备方法，该三元混合绝缘油具有较低的运动粘度和介质损耗。
本发明提供了一种三元混合绝缘油，包括质量比为100:0.05～0.4的基础油和抗氧化剂；
以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％；
所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。
优选地，所述抗氧化剂选自二叔丁基对甲酚、2,6-二叔丁基苯酚、辛基丁基液态二苯胺和烷基化苯基-α-萘胺中的一种或多种。
优选地，所述矿物油选自型号25#矿物油和/或45#矿物油。
优选地，所述基础油包括大豆油19％。
优选地，所述基础油包括棕榈油5％。
优选地，所述基础油包括矿物油76％。
优选地，包括质量比为100:0.2:0.2的基础油、酚类氧化剂和胺类氧化剂。
优选地，所述抗氧化剂选自2,6-二叔丁基苯酚和烷基化苯基-α-萘胺的混合物。
本发明提供了一种上述技术方案所述三元混合绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
a)将矿物油、大豆油和棕榈油混合，搅拌，得到混合油；
b)将部分所述混合油和抗氧化剂混合，搅拌，恒温放置，得到含抗氧化剂的母液；
c)将含抗氧化剂的母液和剩余部分所述混合油混合，搅拌，真空干燥，得到三元混合绝缘油。
优选地，所述步骤b)中恒温放置的温度为50～70℃；恒温放置的时间为20～30h。
本发明提供了一种三元混合绝缘油，包括质量比为100:0.05～0.4的基础油和抗氧化剂；以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％；所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。该三元混合绝缘油具有比传统混合绝缘油更低的运动粘度和介质损耗，使得绝缘油具有更优的散热性能，将使得变压器油纸绝缘系统在同样运行负载下，具有更低的运行温度。其具有更高的工频击穿电压。其还能有效减缓油纸绝缘系统老化速率，延长油纸绝缘类电气设备绝缘寿命；以及更优良的环保性能和油纸绝缘体系配合性能。实验结果表明：该三元混合绝缘油的运动粘度为11.655mm2/s；介质损耗为0.0023；水含量低于20ppm；击穿电压为73.4(2.5mm,kV)；密度为895kg/m3。在130℃同等加速热老化条件下，矿物油浸渍绝缘纸聚合度下降到335时，三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的聚合度为500；三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的老化寿命约为矿物绝缘油浸渍的2倍。
具体实施方式
本发明提供了一种三元混合绝缘油，包括质量比为100:0.05～0.4的基础油和抗氧化剂；
以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％；
所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。
该三元混合绝缘油具有比传统混合绝缘油更低的运动粘度和介质损耗，使得绝缘油具有更优的散热性能，将使得变压器油纸绝缘系统在同样运行负载下，具有更低的运行温度。其具有更高的工频击穿电压。其还能有效减缓油纸绝缘系统老化速率，延长油纸绝缘类电气设备绝缘寿命；以及更优良的环保性能和油纸绝缘体系配合性能。
本发明提供的三元混合绝缘油包括基础油。以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％。
在本发明中，所述基础油包括大豆油10～25％，优选为15～20％，更优选为19％。大豆油的工频击穿电压：73kV；90℃介质损耗：1.76％；40℃下运动粘度为29.5mm2/s。
在本发明中，所述基础油包括棕榈油3～10％，优选为4～8％，更优选为5％。所述棕榈油的粘度为5.1mm2/s。所述棕榈油来调节混合油的粘度和介损。
在本发明中，所述基础油包括矿物油70～87％，优选为75～80％，更优选为76％。所述矿物油优选选自型号25#矿物油和/或45#矿物油。
本发明提供的三元混合绝缘油包括抗氧化剂，所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。在本发明中，所述抗氧化剂优选选自二叔丁基对甲酚(T501)、2,6-二叔丁基苯酚(T511)、辛基丁基液态二苯胺(L57)和烷基化苯基-α-萘胺(L06)中的一种或多种；更优选选自2,6-二叔丁基苯酚和烷基化苯基-α-萘胺的混合物。所述酚类氧化剂和胺类氧化剂的质量比优选为0.8～1.2:1，更优选为1:1。
在本发明中，所述基础油和抗氧化剂的质量比为100:0.05～0.4，优选为100:0.1～0.4，更优选为100:0.4。在本发明中，所述三元混合绝缘油优选包括质量比为100:0.2:0.2的基础油、酚类氧化剂和胺类氧化剂。
本申请提供的三元混合绝缘油的主要性能参数不仅满足国标GB2536-2011，还具有由于矿物油和传统混合油的诸多性能，主要如下：
1)具有比传统混合绝缘油更低的运动粘度和介损：本专利提供的新型三元混合绝缘油比传统的二元混合绝缘油具有更低的运动粘度和介损，使得绝缘油具有更优的散热性能，将使得变压器油纸绝缘系统在同样运行负载下，具有更低的运行温度。
2)具有比传统混合绝缘油更优的环保性能：矿物绝缘油生物降解性差，一旦泄漏将会对水源、居住环境等造成污染，不满足绿色环保型绝缘材料的要求。植物油环保可再生，生物降解率高达97％。相对于传统的矿物油与橄榄油或菜籽油组成的二元混合绝缘油，本专利提供的新型三元混合绝缘油中植物油比例更高，环保性能比传统混合绝缘油提升20％及以上。
3)具备比传统矿物油更优的与绝缘纸配合的能力：本专利提供的新型三元混合绝缘油的相对介电常数(2.35)相对于矿物油(2.12)更高。在油纸绝缘系统中，绝缘纸(板)的相对介电常数一般都大于4.0。在交流电压作用下，油纸绝缘混合体系的电压分布与相对介电常数呈反比，缩小绝缘纸与绝缘油介电常数的比例，将更加均匀油纸绝缘混合体系的电场分布，有利于保障变压器安全可靠运行。
4)具备显著延缓油纸绝缘老化的性能：本专利提供的新型三元混合绝缘油能够显著延长绝缘纸的老化寿命，试验表明，在130℃同等加速热老化条件下，矿物油浸渍绝缘纸聚合度下降到335时，新型三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的聚合度为500。新型三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的老化寿命约为矿物绝缘油浸渍的2倍。此外，使用植物油的变压器需重新对变压器结构进行设计，而新型三元混合绝缘油的性能参数均满足现行国家标准GB2536-2011，可不改变现有变压器的结构设计，能直接将新型三元混合绝缘油灌装到老旧变压器，从而延长老旧变压器的使用寿命，节约电网设备投资成本。
本发明提供了一种上述技术方案所述三元混合绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
a)将矿物油、大豆油和棕榈油混合，搅拌，得到混合油；
b)将部分所述混合油和抗氧化剂混合，搅拌，恒温放置，得到含抗氧化剂的母液；
c)将含抗氧化剂的母液和剩余部分所述混合油混合，搅拌，真空干燥，得到三元混合绝缘油。
本发明将矿物油、大豆油和棕榈油混合，搅拌，得到混合油。在本发明中，所述搅拌的速率优选为2400～2600rpm，更优选为2450rpm～2550rpm，最优选为2500rpm；所述搅拌的时间优选为10～20min，更优选为13～18min，最优选为15min。
本发明将部分所述混合油和抗氧化剂混合，搅拌，恒温放置，得到含抗氧化剂的母液。本发明优选将部分所述混合油和抗氧化剂混合，搅拌4～6min，更优选5min。在本发明中，所述恒温放置的温度优选为50～70℃，更优选为55～65℃，最优选为60℃；恒温放置的时间优选为20～30h，更优选为22～26h，最优选为24h。
得到含抗氧化剂的母液后，本发明将含抗氧化剂的母液和剩余部分所述混合油混合，搅拌，真空干燥，得到三元混合绝缘油。在本发明中，所述含抗氧化剂的母液和剩余部分所述混合油混合后搅拌的时间优选为25～35min，更优选为30min。
本发明优选将三元混合绝缘油采用真空干燥箱或真空过滤机进行真空干燥。本发明优选使用真空干燥箱对三元混合绝缘油进行真空干燥48小时；或使用真空滤油机对三元混合绝缘油进行过滤干燥。所述三元混合绝缘油优选干燥至水分低于20ppm。
本发明优选采用密封的容器在常温下避光保存三元混合绝缘油。
本发明提供了一种三元混合绝缘油，包括质量比为100:0.05～0.4的基础油和抗氧化剂；以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％；所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。该三元混合绝缘油具有比传统混合绝缘油更低的运动粘度和介质损耗，使得绝缘油具有更优的散热性能，将使得变压器油纸绝缘系统在同样运行负载下，具有更低的运行温度。其具有更高的工频击穿电压。其还能有效减缓油纸绝缘系统老化速率，延长油纸绝缘类电气设备绝缘寿命；以及更优良的环保性能和油纸绝缘体系配合性能。实验结果表明：该三元混合绝缘油的运动粘度为11.655mm2/s；介质损耗为0.0023；水含量低于20ppm；击穿电压为73.4(2.5mm,kV)；密度为895kg/m3。在130℃同等加速热老化条件下，矿物油浸渍绝缘纸聚合度下降到335时，三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的聚合度为500；三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的老化寿命约为矿物绝缘油浸渍的2倍。
为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的三元混合绝缘油及其制备方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
a)将76kg 25#矿物油、19kg大豆油(大豆油的工频击穿电压：73kV；90℃介质损耗：1.76％；40℃运动粘度：29.5mm2/s)和5kg运动粘度为5.1mm2/s(40℃)的棕榈油混合，放入同一容器内，在常温下使用搅拌器以2500r/min的速率搅拌15分钟，得到混合油；
b)将10kg所述混合油和0.2kg T511和0.2kg L06抗氧化剂混合，搅拌5min，在60℃下恒温放置24h，得到含抗氧化剂的母液；
c)将含抗氧化剂的母液和剩余部分90kg所述混合油混合，搅拌30min，使用真空干燥箱对添有复合抗氧化剂的混合绝缘油进行真空干燥48小时，使混合绝缘油水分降到20ppm以下，得到三元混合绝缘油。
实施例2
a)将75kg 25#矿物油、16kg大豆油(大豆油的工频击穿电压：73kV；90℃介质损耗：1.76％；40℃运动粘度：29.5mm2/s)和9kg运动粘度为5.1mm2/s(40℃)的棕榈油混合，放入同一容器内，在常温下使用搅拌器以2500r/min的速率搅拌15分钟，得到混合油；
b)将10kg所述混合油和0.2kg T511和0.2kg L06抗氧化剂混合，搅拌5min，在60℃下恒温放置24h，得到含抗氧化剂的母液；
c)将含抗氧化剂的母液和剩余部分90kg所述混合油混合，搅拌30min，使用真空干燥箱对添有复合抗氧化剂的混合绝缘油进行真空干燥48小时，使混合绝缘油水分降到20ppm以下，得到三元混合绝缘油。
实施例3
a)将80kg 45#矿物油、17kg大豆油(大豆油的工频击穿电压：73kV；90℃介质损耗：1.76％；40℃运动粘度：29.5mm2/s)和3kg运动粘度为5.1mm2/s(40℃)的棕榈油混合，放入同一容器内，在常温下使用搅拌器以2500r/min的速率搅拌15分钟，得到混合油；
b)将10kg所述混合油和0.2kg T511和0.2kg L06抗氧化剂混合，搅拌5min，在60℃下恒温放置24h，得到含抗氧化剂的母液；
c)将含抗氧化剂的母液和剩余部分90kg所述混合油混合，搅拌30min，使用真空干燥箱对添有复合抗氧化剂的混合绝缘油进行真空干燥48小时，使混合绝缘油水分降到20ppm以下，得到三元混合绝缘油。
本发明对实施例制备的三元混合绝缘油进行性能测试，结果见表1，表1为本发明实施例1～3制备的三元混合绝缘油的性能参数：
表1本发明实施例1～3制备的三元混合绝缘油的性能参数
Figure BDA0001543928510000071
Figure BDA0001543928510000081
对比例1
a)将65kg矿物油、5kg大豆油(大豆油的工频击穿电压：73kV；90℃介质损耗：1.76％；40℃运动粘度：29.5mm2/s)和30kg运动粘度为5.1mm2/s(40℃)的棕榈油混合，放入同一容器内，在常温下使用搅拌器以2500r/min的速率搅拌15分钟，得到混合油；
b)将10kg所述混合油和0.2kg T511和0.2kg L06抗氧化剂混合，搅拌5min，在60℃下恒温放置24h，得到含复合抗氧化剂的母液；
c)将含复合抗氧化剂的母液和剩余部分90kg所述混合油混合，搅拌30min，使用真空干燥箱对添有复合抗氧化剂的混合绝缘油进行真空干燥48小时，使混合绝缘油水分降到20ppm以下，得到三元混合绝缘油。
对比例2
a)将76kg矿物油、19kg大豆油(大豆油的工频击穿电压：73kV；90℃介质损耗：1.76％；40℃运动粘度：29.5mm2/s)和5kg运动粘度为5.1mm2/s(40℃)的棕榈油混合，放入同一容器内，在常温下使用搅拌器以2500r/min的速率搅拌15分钟，得到混合油；
b)使用真空干燥箱对混合绝缘油进行真空干燥48小时，使混合绝缘油水分降到20ppm以下，得到三元混合绝缘油。
对比例1～2制备的三元混合绝缘油的性能测试结果见表2，表2为本发明对比例1～2制备的三元混合绝缘油的性能测试结果：
表2本发明对比例1～2制备的三元混合绝缘油的性能测试结果
Figure BDA0001543928510000091
由以上实施例可知，本发明提供了一种三元混合绝缘油，包括质量比为100:0.05～0.4的基础油和抗氧化剂；以质量分数计，所述基础油包括大豆油10～25％，棕榈油3～10％和矿物油70～87％；所述抗氧化剂选自酚类氧化剂和/或胺类氧化剂。该三元混合绝缘油具有比传统混合绝缘油更低的运动粘度和介质损耗，使得绝缘油具有更优的散热性能，将使得变压器油纸绝缘系统在同样运行负载下，具有更低的运行温度。其具有更高的工频击穿电压。其还能有效减缓油纸绝缘系统老化速率，延长油纸绝缘类电气设备绝缘寿命；以及更优良的环保性能和油纸绝缘体系配合性能。实验结果表明：该三元混合绝缘油的运动粘度为11.655mm2/s；介质损耗为0.0023；水含量低于20ppm；击穿电压为73.4(2.5mm,kV)；密度为895kg/m3。在130℃同等加速热老化条件下，矿物油浸渍绝缘纸聚合度下降到335时，三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的聚合度为500；三元混合绝缘油浸渍绝缘纸的老化寿命约为矿物绝缘油浸渍的2倍。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种三元混合绝缘油，包括质量比为100:0.05~0.4的基础油和抗氧化剂；
以质量分数计，所述基础油包括大豆油10~25%，棕榈油3~10%和矿物油70~87%；所述棕榈油40℃的粘度为5.1mm2/s；
所述抗氧化剂选自2,6-二叔丁基苯酚和烷基化苯基-α-萘胺的混合物；所述2,6-二叔丁基苯酚和烷基化苯基-α-萘胺的质量比为0.8~1.2:1；
所述矿物油选自型号25#矿物油和/或45#矿物油。
2.根据权利要求1所述的三元混合绝缘油，其特征在于，所述基础油包括大豆油19%。
3.根据权利要求1所述的三元混合绝缘油，其特征在于，所述基础油包括棕榈油5%。
4.根据权利要求1所述的三元混合绝缘油，其特征在于，所述基础油包括矿物油76%。
5.根据权利要求1所述的三元混合绝缘油，其特征在于，包括质量比为100:0.2:0.2的基础油、酚类氧化剂和胺类氧化剂。
6.一种权利要求1~5任意一项所述三元混合绝缘油的制备方法，包括以下步骤：
a）将矿物油、大豆油和棕榈油混合，搅拌，得到混合油；
b）将部分所述混合油和抗氧化剂混合，搅拌，恒温放置，得到含抗氧化剂的母液；
c）将含抗氧化剂的母液和剩余部分所述混合油混合，搅拌，真空干燥，得到三元混合绝缘油。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中恒温放置的温度为50~70℃；恒温放置的时间为20~30h。
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