一般礦物油變壓器使用壽命為20至30年。重慶電科院通過(guò)多年技術(shù)攻關(guān)，研制出抗老化三元混合絕緣油，可延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。相關(guān)成果已在重慶電網(wǎng)試點(diǎn)應(yīng)用。
7月6日，在重慶110千伏桃花變電站，國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院混合絕緣油項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)查看光纖測(cè)溫等傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)分析國(guó)內(nèi)首臺(tái)110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器的運(yùn)行情況。
這臺(tái)變壓器由重慶電科院聯(lián)合變壓器設(shè)備廠家生產(chǎn)，5月初投運(yùn)。變壓器使用的抗老化三元混合絕緣油由重慶電科院自主研發(fā)，具有抗老化、低黏度、低介質(zhì)損耗、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，關(guān)鍵性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外混合絕緣油產(chǎn)品，可直接應(yīng)用于新舊礦物油變壓器，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，提升變壓器安全性能。
配制混合絕緣油
延緩“油-紙”絕緣系統(tǒng)老化
大部分礦物油變壓器運(yùn)行20至30年，就會(huì)因內(nèi)部“油-紙”絕緣系統(tǒng)性能降低而需要更換絕緣油，甚至直接退出運(yùn)行。目前，運(yùn)行15至20年的礦物油變壓器數(shù)量迅速增長(zhǎng)，絕緣老化會(huì)增加變壓器運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
2012年，重慶電科院開(kāi)始研究新型絕緣油技術(shù)，以電氣、化學(xué)、物理、材料多學(xué)科交叉創(chuàng)新為牽引，研究礦物油、合成油、植物油等絕緣油材料的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了研發(fā)混合絕緣油、實(shí)現(xiàn)單一絕緣油性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的思路。研發(fā)人員通過(guò)模擬微觀分子結(jié)構(gòu)等方法，從十幾種植物油中篩選出大豆油，并將大豆油與礦物油混合，研發(fā)出可延長(zhǎng)變壓器壽命、能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接換裝的混合絕緣油。2014年5月至今，混合絕緣油在國(guó)網(wǎng)重慶電力12臺(tái)10千伏新舊變壓器中直接灌裝使用，這些變壓器運(yùn)行狀況良好。
2017年1月，國(guó)家電網(wǎng)有限公司“領(lǐng)軍人才”、重慶電科院副總工程師王謙牽頭申報(bào)了公司科技項(xiàng)目“混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究”，進(jìn)一步提升混合絕緣油的性能。為降低混合絕緣油的黏度和酸值，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)植物油的主要成分天然酯開(kāi)展深入研究，通過(guò)分子角度的酯交換反應(yīng)，將長(zhǎng)鏈天然酯解離為短鏈脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同時(shí)利用無(wú)水乙醇萃取天然酯來(lái)降低酸值，最終使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又升級(jí)了混合絕緣油配方，將礦物油、大豆油和棕櫚油混合，研發(fā)出黏度低、介質(zhì)損耗低、氧化安定性強(qiáng)的抗老化三元混合絕緣油，并將這種新型混合絕緣油應(yīng)用于35千伏新舊變壓器中。
試驗(yàn)驗(yàn)證，針對(duì)新變壓器，絕緣紙?jiān)诳估匣旌辖^緣油中的老化速率僅為在礦物油中的52%；舊變壓器換裝抗老化三元混合絕緣油與換裝礦物油相比，絕緣紙的老化速率降低65%。“我們通過(guò)X射線光電子能譜及紅外光譜聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)大豆油和棕櫚油混合生成的新基團(tuán)起到了進(jìn)一步延緩‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化的作用。”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員之一、重慶電科院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心變電技術(shù)室專責(zé)劉熊說(shuō)。
開(kāi)展模擬試驗(yàn)
完善混合絕緣油變壓器運(yùn)維技術(shù)
在抗老化三元混合絕緣油研發(fā)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克多項(xiàng)技術(shù)難題，掌握了可延長(zhǎng)變壓器運(yùn)行壽命的前沿技術(shù)。
“我們首先在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展模擬試驗(yàn)，再批量生產(chǎn)抗老化三元混合絕緣油。但首次批量生產(chǎn)并不像模擬試驗(yàn)?zāi)菢禹樌?rdquo;劉熊說(shuō)。
劉熊和團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了抗老化三元混合絕緣油的混合流程，優(yōu)化了混合方案，但在變壓器設(shè)備廠家開(kāi)展10噸絕緣油混合調(diào)配時(shí)，出現(xiàn)了絕緣油微水超標(biāo)的現(xiàn)象。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)原材料、混合比例、抗氧化劑添加流程、濾油方式等逐一排查，經(jīng)過(guò)7天的試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)是濾油設(shè)備參數(shù)設(shè)置問(wèn)題導(dǎo)致了絕緣油混合后微水超標(biāo)。隨后，他們調(diào)整了濾油設(shè)備參數(shù)，再次過(guò)濾調(diào)配的混合絕緣油，最終使混合絕緣油各項(xiàng)參數(shù)滿足了要求。
測(cè)試絕緣油中溶解氣體的成分和含量可以診斷變壓器內(nèi)部發(fā)生的故障。但由于混合絕緣油與礦物油成分存在差異，傳統(tǒng)應(yīng)用于礦物油變壓器的診斷方法不能直接應(yīng)用于混合絕緣油變壓器。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)模擬了混合絕緣油變壓器熱故障及放電故障等，研究不同故障中油中溶解氣體的成分、含量等情況，提出了根據(jù)混合絕緣油中溶解氣體來(lái)診斷變壓器故障的方法。
“我們開(kāi)展了一系列模擬試驗(yàn)，跟蹤收集大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，完善了抗老化三元混合絕緣油變壓器狀態(tài)評(píng)估、故障診斷和運(yùn)維技術(shù)，為混合絕緣油變壓器運(yùn)維提供了依據(jù)。”王謙介紹。
抗老化三元混合絕緣油變壓器壽命是傳統(tǒng)礦物油變壓器壽命的1.5倍以上，即變壓器的服役年限延長(zhǎng)了。同時(shí)，與礦物油相比，三元混合絕緣油的生物降解率提升了25%，更加綠色環(huán)保。
2020年6月19日，重慶市科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)會(huì)組織專家對(duì)抗老化三元混合絕緣油技術(shù)開(kāi)展評(píng)價(jià)，相關(guān)專家認(rèn)為該技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
向更高電壓等級(jí)邁進(jìn)
提升變壓器耐高溫性能
2022年迎峰度夏期間，重慶最高氣溫超過(guò)40攝氏度。持續(xù)高溫大負(fù)荷導(dǎo)致國(guó)網(wǎng)重慶電力110千伏及以上重載變壓器增多，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。
“為了應(yīng)對(duì)高溫大負(fù)荷，我們必須盡快提升主變壓器的耐高溫性能，延緩變壓器的‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化速率。”王謙介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定向延長(zhǎng)高電壓、大容量主變壓器壽命技術(shù)進(jìn)軍。
隨后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后申報(bào)了國(guó)網(wǎng)重慶電力科技項(xiàng)目“智能型高電壓等級(jí)（110千伏）混合絕緣油變壓器及其工程應(yīng)用研究”，以及公司科技項(xiàng)目“長(zhǎng)壽命、低碳型高壓大容量混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”。
今年5月3日，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近一年的努力，110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器在桃花變電站應(yīng)用。同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在該變壓器的內(nèi)部繞組易發(fā)熱點(diǎn)裝設(shè)了光纖測(cè)溫等傳感器，為實(shí)時(shí)了解、掌握抗老化三元混合絕緣油變壓器的運(yùn)行特性提供了數(shù)據(jù)支撐。
目前，重慶電網(wǎng)有1臺(tái)110千伏、3臺(tái)35千伏和22臺(tái)10千伏新舊變壓器使用了抗老化三元混合絕緣油。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還在研制220千伏大容量混合絕緣油變壓器樣機(jī)。
抗老化三元混合絕緣油技術(shù)的升級(jí)及應(yīng)用推動(dòng)了變壓器核心材料技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了變壓器行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。截至5月底，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)11項(xiàng)，累計(jì)發(fā)表論文32篇。項(xiàng)目成果還獲得了重慶市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
7月6日，在重慶110千伏桃花變電站，國(guó)網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院混合絕緣油項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員通過(guò)查看光纖測(cè)溫等傳感器數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)分析國(guó)內(nèi)首臺(tái)110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器的運(yùn)行情況。
這臺(tái)變壓器由重慶電科院聯(lián)合變壓器設(shè)備廠家生產(chǎn)，5月初投運(yùn)。變壓器使用的抗老化三元混合絕緣油由重慶電科院自主研發(fā)，具有抗老化、低黏度、低介質(zhì)損耗、綠色環(huán)保等特點(diǎn)，關(guān)鍵性能指標(biāo)優(yōu)于國(guó)外混合絕緣油產(chǎn)品，可直接應(yīng)用于新舊礦物油變壓器，延長(zhǎng)變壓器的使用壽命，提升變壓器安全性能。
配制混合絕緣油
延緩“油-紙”絕緣系統(tǒng)老化
大部分礦物油變壓器運(yùn)行20至30年，就會(huì)因內(nèi)部“油-紙”絕緣系統(tǒng)性能降低而需要更換絕緣油，甚至直接退出運(yùn)行。目前，運(yùn)行15至20年的礦物油變壓器數(shù)量迅速增長(zhǎng)，絕緣老化會(huì)增加變壓器運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。
2012年，重慶電科院開(kāi)始研究新型絕緣油技術(shù)，以電氣、化學(xué)、物理、材料多學(xué)科交叉創(chuàng)新為牽引，研究礦物油、合成油、植物油等絕緣油材料的優(yōu)缺點(diǎn)，確定了研發(fā)混合絕緣油、實(shí)現(xiàn)單一絕緣油性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的思路。研發(fā)人員通過(guò)模擬微觀分子結(jié)構(gòu)等方法，從十幾種植物油中篩選出大豆油，并將大豆油與礦物油混合，研發(fā)出可延長(zhǎng)變壓器壽命、能夠在現(xiàn)場(chǎng)直接換裝的混合絕緣油。2014年5月至今，混合絕緣油在國(guó)網(wǎng)重慶電力12臺(tái)10千伏新舊變壓器中直接灌裝使用，這些變壓器運(yùn)行狀況良好。
2017年1月，國(guó)家電網(wǎng)有限公司“領(lǐng)軍人才”、重慶電科院副總工程師王謙牽頭申報(bào)了公司科技項(xiàng)目“混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)研究”，進(jìn)一步提升混合絕緣油的性能。為降低混合絕緣油的黏度和酸值，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)針對(duì)植物油的主要成分天然酯開(kāi)展深入研究，通過(guò)分子角度的酯交換反應(yīng)，將長(zhǎng)鏈天然酯解離為短鏈脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同時(shí)利用無(wú)水乙醇萃取天然酯來(lái)降低酸值，最終使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)又升級(jí)了混合絕緣油配方，將礦物油、大豆油和棕櫚油混合，研發(fā)出黏度低、介質(zhì)損耗低、氧化安定性強(qiáng)的抗老化三元混合絕緣油，并將這種新型混合絕緣油應(yīng)用于35千伏新舊變壓器中。
試驗(yàn)驗(yàn)證，針對(duì)新變壓器，絕緣紙?jiān)诳估匣旌辖^緣油中的老化速率僅為在礦物油中的52%；舊變壓器換裝抗老化三元混合絕緣油與換裝礦物油相比，絕緣紙的老化速率降低65%。“我們通過(guò)X射線光電子能譜及紅外光譜聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)大豆油和棕櫚油混合生成的新基團(tuán)起到了進(jìn)一步延緩‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化的作用。”項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員之一、重慶電科院設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)中心變電技術(shù)室專責(zé)劉熊說(shuō)。
開(kāi)展模擬試驗(yàn)
完善混合絕緣油變壓器運(yùn)維技術(shù)
在抗老化三元混合絕緣油研發(fā)過(guò)程中，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)攻克多項(xiàng)技術(shù)難題，掌握了可延長(zhǎng)變壓器運(yùn)行壽命的前沿技術(shù)。
“我們首先在實(shí)驗(yàn)室中開(kāi)展模擬試驗(yàn)，再批量生產(chǎn)抗老化三元混合絕緣油。但首次批量生產(chǎn)并不像模擬試驗(yàn)?zāi)菢禹樌?rdquo;劉熊說(shuō)。
劉熊和團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證了抗老化三元混合絕緣油的混合流程，優(yōu)化了混合方案，但在變壓器設(shè)備廠家開(kāi)展10噸絕緣油混合調(diào)配時(shí)，出現(xiàn)了絕緣油微水超標(biāo)的現(xiàn)象。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對(duì)原材料、混合比例、抗氧化劑添加流程、濾油方式等逐一排查，經(jīng)過(guò)7天的試驗(yàn)和分析，發(fā)現(xiàn)是濾油設(shè)備參數(shù)設(shè)置問(wèn)題導(dǎo)致了絕緣油混合后微水超標(biāo)。隨后，他們調(diào)整了濾油設(shè)備參數(shù)，再次過(guò)濾調(diào)配的混合絕緣油，最終使混合絕緣油各項(xiàng)參數(shù)滿足了要求。
測(cè)試絕緣油中溶解氣體的成分和含量可以診斷變壓器內(nèi)部發(fā)生的故障。但由于混合絕緣油與礦物油成分存在差異，傳統(tǒng)應(yīng)用于礦物油變壓器的診斷方法不能直接應(yīng)用于混合絕緣油變壓器。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)模擬了混合絕緣油變壓器熱故障及放電故障等，研究不同故障中油中溶解氣體的成分、含量等情況，提出了根據(jù)混合絕緣油中溶解氣體來(lái)診斷變壓器故障的方法。
“我們開(kāi)展了一系列模擬試驗(yàn)，跟蹤收集大量運(yùn)行數(shù)據(jù)，完善了抗老化三元混合絕緣油變壓器狀態(tài)評(píng)估、故障診斷和運(yùn)維技術(shù)，為混合絕緣油變壓器運(yùn)維提供了依據(jù)。”王謙介紹。
抗老化三元混合絕緣油變壓器壽命是傳統(tǒng)礦物油變壓器壽命的1.5倍以上，即變壓器的服役年限延長(zhǎng)了。同時(shí)，與礦物油相比，三元混合絕緣油的生物降解率提升了25%，更加綠色環(huán)保。
2020年6月19日，重慶市科技成果轉(zhuǎn)化促進(jìn)會(huì)組織專家對(duì)抗老化三元混合絕緣油技術(shù)開(kāi)展評(píng)價(jià)，相關(guān)專家認(rèn)為該技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先水平。
向更高電壓等級(jí)邁進(jìn)
提升變壓器耐高溫性能
2022年迎峰度夏期間，重慶最高氣溫超過(guò)40攝氏度。持續(xù)高溫大負(fù)荷導(dǎo)致國(guó)網(wǎng)重慶電力110千伏及以上重載變壓器增多，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)挑戰(zhàn)。
“為了應(yīng)對(duì)高溫大負(fù)荷，我們必須盡快提升主變壓器的耐高溫性能，延緩變壓器的‘油-紙’絕緣系統(tǒng)老化速率。”王謙介紹，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)決定向延長(zhǎng)高電壓、大容量主變壓器壽命技術(shù)進(jìn)軍。
隨后，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)先后申報(bào)了國(guó)網(wǎng)重慶電力科技項(xiàng)目“智能型高電壓等級(jí)（110千伏）混合絕緣油變壓器及其工程應(yīng)用研究”，以及公司科技項(xiàng)目“長(zhǎng)壽命、低碳型高壓大容量混合絕緣油變壓器關(guān)鍵技術(shù)及工程應(yīng)用”。
今年5月3日，經(jīng)過(guò)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)近一年的努力，110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器在桃花變電站應(yīng)用。同時(shí)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在該變壓器的內(nèi)部繞組易發(fā)熱點(diǎn)裝設(shè)了光纖測(cè)溫等傳感器，為實(shí)時(shí)了解、掌握抗老化三元混合絕緣油變壓器的運(yùn)行特性提供了數(shù)據(jù)支撐。
目前，重慶電網(wǎng)有1臺(tái)110千伏、3臺(tái)35千伏和22臺(tái)10千伏新舊變壓器使用了抗老化三元混合絕緣油。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)還在研制220千伏大容量混合絕緣油變壓器樣機(jī)。
抗老化三元混合絕緣油技術(shù)的升級(jí)及應(yīng)用推動(dòng)了變壓器核心材料技術(shù)的進(jìn)步，促進(jìn)了變壓器行業(yè)綠色轉(zhuǎn)型。截至5月底，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)獲得國(guó)家發(fā)明專利授權(quán)11項(xiàng)，累計(jì)發(fā)表論文32篇。項(xiàng)目成果還獲得了重慶市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
