电工电气 （２０１４ Ｎｏ．１２） ＹＨ，器甬植物绝缘油的低温特性试验研究 －－变压器用植物绝缘油的低温特性试验研究 王珊珊，周竹君，梁嗣元 （国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，湖北武汉４ ３００７４） 摘要：为研究凝点低的植物绝缘油对变压器绝缘强度的影响，用绝缘油耐压测试仪对凝固状态下 的植物油、油纸绝缘结构进行耐压试验，并在高低温交变试验室对一３０℃下的１０ ｋＶ／３１５ ｋＶＡ冷冻变压器 实物进行耐压及局部放电试验。通过对比试验结果表明，对于大豆绝缘油，凝固后的绝缘油耐压下降了 ３．２ ｋｖ：油纸混合结构的耐压水平基本没变，凝固状态下的耐压值提高了ｌ ｋＶ；完全冷冻后的植物油变 压器顺利通过耐压试验，且在最低气温为一２７℃的内蒙古赤峰挂网运行２３个月，运行情况良好。 关键词：植物绝缘油；变压器；低温特性；凝固 中图分类号：ＴＭ８５５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００７—３１７５（２０ｌ４）１２—００４８ ０３ Ｔｅｓｔ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ＬＯＷ Ｔｅｍｏｅｒａｔｕｒｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ０ｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｖｅｇｅｔａｂｌｅ Ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ Ｏｉｌ ＷＡＮＧ Ｓｈａｎ—ｓｈａｎ，ＺＨＯＵ Ｚｈｕ－ｊｕｎ，ＬＩＡＮＧ Ｓｉ—ｙｕａｎ （Ｗｕｈａｎ Ｎａｒｉ ｆ ｆｆｇ ，Ｊ ６ｆ，ｆ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆＳｔａｔｅ Ｇｒｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｗｕｈａｎ ４３００７４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｉｎ ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｏｉｌ ｏｆ ｌｏｗ ｓｏｌｉｄｉｆｙｉｎｇ ｐｏｉｎｔ，ｔｈｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｏｉｌ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔｅｒ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｏＩ１ ｉｎ ｆｒｏｚｅｎ ｓｔａｔｅ ａｎｄ ｏｉｌ—ｐａｐｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ｔｅｓｔ ｗｅｒｅ ｏｐｅｒａｔｅｄ ｏｎ １０ ｋＶ／３ １ ５ ｋＶＡ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ａｔ一３０℃．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｃｏｍｐａｒａｔｉｖｅ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｏｙｂｅａｎ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｏｉｌ， ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｔｈｓｔａｎｄ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｏｉｌ ｉｎ ｆｒｏｚｅｎ ｓｔａｔｅ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ ３．２ ｋＶ．Ｖｏｌｔａｇｅ ｗｉｔｈｓｔａｎｄ ｌｅｖｅｌ ｏｆ ｏｉｌ—ｐａｐｅｒ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｎ ｆｒｏｚｅｎ ｓｔａｔｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ １ ｋＶ．Ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｆｒｏｚｅｎ ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｏｉｌ ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ ｐａｓｓｅｄ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｅｓｔ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｅｄ ａｔ ｔｈｅ ｌｏｗｅｓｔ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｆ－２７口Ｃ ｆｏｒ ２３ ｍｏｎｔｈｓ ｉｎ Ｃｈｉｆｅｎｇ ｏｆＩｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ ｗｉｔｈ ｇｏｏｄ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｅｇｅｔａｂｌｅ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｏｉｌ；ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ；ｌｏｗ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ０引言 目前我国电力系统中广泛使用的绝缘油为矿物 绝缘油，其燃点低、生物降解性能差，难以满足高 防火性能电气设备的制造要求，发生泄漏还会对环 境造成污染，且大量消耗石油这种不可再生资源…。 环境保护已成为全世界的共识，开发满足环保要求 的绝缘油已成为各国的新课题。以植物油为原料炼 度高于矿物油，在变压器运行过程中冷却散热效率 可能较矿物油低，因此对植物绝缘油流动性改进以 及凝固状态下绝缘强度的研究是植物绝缘油取代矿 物油成为新型变压器油的必需工作。文中对凝固状 态下的植物油、油纸混合绝缘结构进行耐压试验， 并在高低温交变实验室对一３０℃下的１０ ｋＶ／３１５ ｋＶＡ 冷冻变压器实物进行耐压及局部放电试验，研究凝 点低的植物绝缘油对变压器绝缘强度的影响。 制的植物绝缘油，以其高闪点、优异的生物降解性 能、良好的电气性能、广泛的原料来源及可再生等 优势，成为新型绝缘油的研究热点 。 变压器用绝缘油主要起绝缘和冷却散热的作 用，倾点低、流动性好的油对变压器散热有利 。 １．１植物绝缘油低温性能试验 １ 植物油低温电气性能试验 为了研究处于凝固状态的植物绝缘油对变压 器绝缘强度的影响，将精炼得到的植物绝缘油置于 ２５０ ＴＩ１Ｌ耐压测试仪油杯中，分别降温至一２５℃使其凝 植物绝缘油因为其自身成分的原因，导致倾点和粘 作者简介：王珊珊（１９８３），女，工程师，博士，从事节能环保型变压器开发及其智能化工作。 ——４８—— 变压器溺植物绝缘油的低温特性试验研究 固（项目用的植物绝缘油凝点约为一１８℃），然后对 不同温度条件下的植物绝缘油做耐压测试。绝缘油 耐压测试仪是根据国家标准ＧＢ ５０７—８６《绝缘油介电 强度测定法》研制而成，击穿电压选６次击穿值的 平均值。表ｌ和表２所示是菜籽绝缘油和大豆绝缘 油在相同条件下的测试结果，测试为同一油样在同 一油杯中连续完成的。两电极之间的距离为２．５ ＩＴｌＩ１１。 表１ 不同温度下菜籽绝缘油耐压测试结果 测试温度／℃ 击穿电压／ｋＶ 平均值／ｋＶ ２５ ５４．３、５５．８、６４．２、６１．０、６７．５、６３．０ ６０．９ １０ ６８．２、５２．３、５８．６、６７．８、７４．６、７５．９ ６３．７ ｌ５ ７２．５、２８．１、６４．０、６７．７、６１．４、６２．０ ５９．３ ２５ ７】．５、３３ ６、６３．６、６２ １、５】５、７５．２ ６０ １ 表２不同温度下大豆绝缘油耐压测试结果 测试温度／℃ 击穿电压／ｋＶ 半均值／ｋＶ ２５ ５５．８、５５．６、６６．２、６３．２、６２．２、６３．０ ６１．０ １０ ６７．３、５５．６、５７．４、６５．８、６３．０、５９．７ ６１．５ １５ ７４．１、２８．３、６７．５、６６．８、６３．４、６２．１ ６０．４ ２５ ７３．４、２７．５、６１．４、６Ｏ．１、５３．５、７Ｏ．７ ５７．８ 试验发现，在一２５℃和一ｌ５℃之间对油样做击 穿电压测试时，一次击穿时绝缘油是保持凝固状态 的，随着温度升高至一１５℃，被测试油样流动性增 加，处于半凝固状态。从测试数据可以发现，与常 温下的绝缘油相比，无论是凝固状态还是半凝固状 态下的植物绝缘油一次击穿电压都有一定程度的升 高，完全凝固的植物绝缘油可承受的电压已经大于 ７０ ｋＶ，说明绝缘油凝固之后不会降低其自身绝缘 强度，相反绝缘油的击穿电压还有所提升。一次击 穿之后观察油样可以看到在两电极之问伴随着击穿 明显有气泡产生，由于气体的相对介电常数比油小， 会改变油中的电场分布，并且气泡承受的电场强度 要大，使得气泡更加容易在较低电压下发生击穿， 数据上显示的第二次击穿的电压值普遍要比一次击 穿的低很多就是这个原因，当植物绝缘油逐渐融化 成液体，气泡逐渐上浮，离开电极之间，植物绝缘 油的击穿电压值又恢复为液体植物绝缘油耐压值。 １．２油纸绝缘组合低温性能试验 以１ ｍｍ厚的绝缘纸板和５００ ｍＬ大豆绝缘油为 样品进行低温下油纸绝缘的绝缘强度的研究。大豆 绝缘油击穿电压测试结果如表３所示。 表３大豆绝缘油击穿电压测试结果 ｋＶ 测试条件 击穿电压 平均值 人 篓豢油５５．８、５５．６、６６．２、６３．２、６２．２、６３．０ ６１．０ 电工电气 （２０１４ Ｎｏ．１２） 将两片规格相同的１ ｌｌｌＩＩ１厚绝缘纸板置于１１０℃ 恒温条件下烘干处理１２ ｈ，然后将其置于放有植物 绝缘油的烧杯中抽真空待油将纸板充分浸透、沥丁。 首先对植物绝缘油做耐压测试，然后将一块纸板与 常温下的植物绝缘油放于耐压测试仪中（绝缘纸板 置于两电极中间）做耐压测试，另一块纸板与植物 绝缘油在油杯中降温至一２５¨Ｃ凝固后，对其进行耐 压测试。测试结果如表４所示。 表４不同状态下油纸绝缘组合击穿电压 ｋｖ 从表４中数据可以看出：从两块纸板分别连续 六次击穿电压值可知，其击穿电压持续降低，表明 绝缘纸板第一次击穿后，其绝缘性能已下降且不可 恢复，并且随着击穿次数的增加，纸板绝缘性能不 断持续下降。在试验过程中发现击穿之后的绝缘纸 板与击穿前绝缘纸板相比，在纸板表面有明显击穿 点存在，纸板击穿后扫描电镜照片如图ｌ所示。 图１纸板击穿后扫描电镜照片 由试验数据可知：一２５℃条件下油纸绝缘组合 第一次击穿电压（５５．０ｋＶ）比２５℃条件下（５１．２ｋＶ） 略有增加。表明植物油浸绝缘纸板在植物绝缘油凝 固时，绝缘性能并未降低，且其绝缘性能可能增强。 １．３植物油变压器低温性能试验 将１０ ｋＶ／３１５ ｋＶＡ植物油变压器置入高低温交 变实验室，实验室内温度为３０℃，降温４８ ｈ后 对其进行外施耐压试验、局部放电试验及直阻测 量。其中，外施耐压试验将低压三相及中性点短接 并接地，高压三相短接并接３５ ｋＶ持续１ｍｉｎ，实 验中电压、电流无明显变化、无异响即可认为耐压 试验通过；直流电阻（ ）测量主要是为通过公式 ｔ－－Ｒ， （２３５＋０）佃。一２３５反算绕组温度ｔ。 试验过程共对冷冻后的植物油变压器进行了３ ——４９—— 电工电气 （２０１４ Ｎｏ．１２） 变压器用植物绝缘油的低温特性试验研究 次耐压试验，绕组温度分别为一３Ｏ℃（顶油温度为 ２结语 项目经分析对比，将大豆绝缘油选作变压器的 绝缘油。经试验结果表明，对于大豆绝缘油，凝 固后的绝缘油耐压下降了３．２ ｋＶ；油纸混合结构的 耐压水平基本没变，凝固状态下的耐压值提高了 １ ｋＶ；完全冷冻后的植物油变压器顺利通过耐压试 验，且在最低气温为一２７℃的内蒙古赤峰挂网持续 运行２３个月，运行情况良好。综上所述，植物油 凝点低导致了在环境温度低于一ｌ８～一２０℃的情况 ３Ｏ℃）、一２９．５℃（顶油温度为～７．２℃，已呈液 体状态，顶油温度由热电偶通过顶层油温７ＬＮ得）、 １３．８ ｏＣ（均呈液体状态，顶油温度为３．５℃）时， 耐压试验通过，相应的局部放电数据见表５。 表５局部放电测量试验数据 有凝固现象，该现象基本对变压器的绝缘强度无 影响。 参考１０ ｋＶ干式变压器局部放电试验对植物油 变压器进行局部放电试验，预加电压１．８Ｕ ，持续 ３０ ｓ；降至１．３ ，持续３ｍｉｎ，进行局部放电测量， 参考文献 ［１１李晓虎，李剑，孙长新，等．植物油中提取的环 保液体绝缘材料［Ｊ］．重庆大学学报：自然科学版， ２００５，２８（１）：３６—４１． 结果见表５。随着变压器中植物油由凝固状态变为 液态，不同温度下的局部放电没有明显变化。 １．４植物油变压器现场运行情况 将１０ ｋＶ／３１５ ｋＶＡ全密封植物油变压器在内蒙 占赤峰于２０１２年６月挂网运行，内蒙古赤峰最冷 月的平均气温为一１１℃，最低气温为一２７℃。经变 压器用户反映，变压器运行期问情况良好。 ［２］印华，邱毓昌．油浸变压器用植物油［Ｊ］．绝缘材料， ２００３，３６（２）：２３—２５． ［３］刘光祺，钟力生，于钦学，等．植物绝缘油研究现 状［Ｊ］．绝缘材料，２０１２，４５（３）：３４ ３９． ［４］李晓虎．植物绝缘油理化及电气性能的研究［Ｄ］． 重庆：重庆大学，２００６． 修稿同期：２０１４—１０ ２４ 《电工电气》投稿须知 １．稿件内容应符合本刊办刊宗旨和报道范围，要求内容真实、无抄袭，具有创新性或实用性。文稿一般不超过６ ０００字 （包括 、农）。 ２．稿件题名准确，不超过２Ｏ字；正文层次清楚、文宁简练、表达准确；图和表配有图题和表题，应先见文，后见 或 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