變壓器油

變壓器油（Transformer   oil）是一種電氣絕緣油，主要用于油浸式電力變壓器、互感器、充油套管、油斷路器和其他電氣設備的絕緣、冷卻、保護、信息載體和滅弧功能。變壓器油作為變壓器不可缺少的一部分，對保證電力變壓器的安全起著重要作用、穩定、經濟運行起著不可替代的作用。根據基礎油的來源，變壓器油主要可分為礦物油變壓器油、植物油變壓器油、硅油變壓器油和合成酯變壓器油可分為四類。

礦物油變壓器油的生產過程經歷了20世紀60年代的酸和堿-溶劑從白土精制發展到70年代-白土精制工藝和20世紀90年代后的加氫工藝使變壓器油的使用壽命不斷延長。特別是20世紀90年代以后，加氫技術在煉油過程中得到了廣泛應用，變壓器油基礎油的加工技術也逐漸轉向物理加工-隨著化學結合法的發展，加氫技術已成為礦物油變壓器油生產工藝的發展方向。隨著變壓器油質量的提高和環保要求的提高，閃點降低、不容易生物降解的礦物油變壓器油的使用將受到限制，具有高性能、更環保的合成酯變壓器油、植物油變壓器油將成為礦物油變壓器油的替代品。

1929年，英國斯旺公司發明了阿斯卡里不可燃油，其主要成分是鹵代多氯聯苯和三氯苯的混合物。多氯聯苯具有很高的化學穩定性和電絕緣強度，但由于毒性造成嚴重的環境問題，多氯聯苯在20世紀60年代被發達國家禁用。

此后，開發了各種不可燃或不易燃的變壓器油。1950年后，美國成功研制出高燃點硅油變壓器油；1977年，英國GEC公司成功地將阻燃劑Midel7131合成酯應用于變壓器；1980年后，英國成功開發了甲醛非燃料油；1990年后，美國DSI公司相繼研制成功α油、β油、PAO及其他難燃料石油產品。

20世紀末，植物油變壓器油開始使用。1996年，美國用天然酯絕緣油完成了第一臺225kVA美國箱式變壓器樣機，1999年，瑞典ABB公司生產了第一個產品名稱“BIOTEMP”2000年，美國庫珀公司以大豆油為原料開發了FR3油，并成功應用于配電變壓器，日本富士電機也于2002年開發了小型變壓器、環保性能好的便攜式菜籽油配電變壓器。從以上發展過程可以看出，變壓器油不燃或阻燃已經有100多年的歷史了、環保無毒化發展方向。

早期工藝

19世紀末，煉油工藝使用非常簡單的釜式蒸餾，以找到低傾點、低粘度變壓器油只能從含蠟量少的環烷基原油中獲得，因此無需經過額外的脫蠟過程。

傳統工藝

20世紀6070年代，變壓器油基礎油的生產技術主要是酸-堿-白泥工藝工序復雜，時間長，出油率低，酸渣污染環境；20世紀7080年代，變壓器油基礎油的生產工藝開始以苯酚為主要溶劑進行精制-溶劑脫蠟-粘土補充精煉提高了精煉深度，使精煉過程更加環保；20世紀90年代，糠醛精制工藝取代苯酚精制工藝，進一步提高了基礎油的精制深度，改善了所得油品的粘溫性能，降低了油品的殘炭值和酸值，提高了其化學穩定性。這三種工藝的加工原理是通過物理方法將理想組分與非理想組分分離得到基礎油，基礎油的性能與精煉原油的性能密切相關。

加氫工藝

1960年，美國開始將加氫處理技術用于潤滑油的生產。1969年，法國石油研究所IFP開發了潤滑油加氫處理工藝，并在西班牙Pubertolino煉油廠投入運行。美國海灣研究與發展公司、雪佛龍和殼牌先后開發并工業化了自己的加氫處理工藝。1977年，英國BP公司開發出第一套催化脫蠟裝置，在美國得克薩斯州貝敦煉油廠投產。殼牌、雪佛龍和美孚開發了異構脫蠟催化劑和工藝來生產高粘度指數的基礎油。20世紀80年代中期，雪佛龍實現了世界 位于舊金山里士滿冶煉廠的首條全氫潤滑油基礎油生產線。

20世紀90年代以來，加氫技術在煉油技術中得到廣泛應用為了滿足產品開發的需要，大型變壓器油生產企業根據加工原油的特點引入了不同的加氫技術。加氫技術使煉油技術從物理加工技術向物理技術轉變-化學加工技術或化學加工技術的發展改變了基礎油的性質，酸值較低、低傾點、無腐蝕性和較好的氧化穩定性等，改變了傳統煉油工藝難以克服的資源瓶頸，縮小了不同原油煉制的變壓器油基礎油的烴組成差異，提高了變壓器油的性能。 

按基礎油來源分類

根據基礎油的來源，變壓器油主要可分為礦物油變壓器油、植物油變壓器油、硅油變壓器油和合成酯變壓器油可分為四類。

礦物油變壓器油：礦物油變壓器油用于油浸式變壓器已有近百年的歷史，因為其產量很大、質量好，技術經濟指標優越，經久不衰，而且還是超高壓、UHV電力變壓器的理想變壓器油。礦物油變壓器油主要由環烷基油和石蠟基油加工而成，從分子結構角度看包括直鏈烷烴、異構烷烴、環烷烴和芳烴在變壓器油中的作用不同。

直鏈烷烴凝固點高，在高壓電場下容易產生氫氣一般來說，從經濟性和性能方面考慮，直鏈烷烴不直接用于生產變壓器油；異烷烴的閃點高于170℃，凝點低，酸值低（小于0.001mg/g）它具有良好的氧化穩定性和適度的氣體析出，適用于變壓器油；環烷烴凝固點低，閃點低，析氣量適中，可以滿足變壓器油的電氣性能要求；芳烴中的單環芳烴具有良好的析氣性，可用于超高壓變壓器油多環芳烴和稠環芳烴的氧化穩定性差，對人體健康有影響，應將其從變壓器油中去除。礦物油變壓器油的理想成分是異鏈烷烴、環烷烴和少量單環芳烴。

雖然礦物油變壓器油是應用最廣泛的變壓器油，但其在使用中仍存在許多問題。首先，礦物油變壓器油閃點低（一般低于140℃）變壓器電弧的高溫作用會使其迅速分解氣化、閃光，造成燃燒事故；其次，礦物油變壓器油不可再生且難以生物降解，泄漏時容易污染環境。

植物油變壓器油：植物油變壓器油是由天然油料作物經壓榨精煉改性而成。植物油的主要成分是甘油三酯，不同植物油中脂肪酸的種類和含量差異較大考慮到變壓器油的抗氧化性和低溫流動性，單不飽和脂肪酸含量較高的植物油是制備植物油變壓器油的較好選擇。

與礦物油變壓器油相比，植物油變壓器油具有較高的燃點、電性能好，原料來源廣泛，可再生，可生物降解；存在的問題主要體現在：1）價格較高，約為礦物油變壓器油的34倍；2）油品的性能指標不統一，相應的標準較少；3）介質損耗因數、變壓器油的含水量和運動粘度高于礦物油；4）存在氧化和凝膠化現象；5）植物油變壓器油的運維經驗較少，工藝不全。這些問題制約了植物油變壓器油的推廣和使用。

硅油變壓器油：硅油變壓器油硅油是一種硅酮液體，是一種硅酮聚合物。硅油作為變壓器絕緣油，除了具有優異的電絕緣性能外，還具有燃點高凝點低粘度隨溫度變化小的優點。

硅油變壓器油的粘度比礦物油變壓器油高一倍以上，會影響變壓器的散熱。但硅油變壓器油的冷油和熱油的密度差大于礦物油變壓器油，可以加快變壓器內的熱虹吸對流速度，部分彌補硅油變壓器油粘度高的缺點。與礦物油變壓器油相比，硅油變壓器油具有優異的電絕緣性能低介質損耗高體積電阻率高電氣強度和良好的運行安全性。然而，硅油對局部放電或擊穿的分解敏感，并且其對電火花的穩定性低而且在擊穿電壓的反復作用下，絕緣強度會降低因此35kV以下容量的變壓器一般采用硅油，工作溫度不宜過高。

合成酯變壓器油：合成變壓器油是由化學物質合成的。它們是多羥基化合物和羧酸反應的產物，其結構由幾個酸分子通過化學鍵與中心多羥基化合物結合而成。分子鏈中的羧酸通常是飽和的。這就是合成酯性能穩定的原因。合成酯油具有高防火性能、具有良好環保性和優異防潮性的高性能絕緣油。

合成酯變壓器油主要采用多元醇酯基礎油，其特點是生物降解性好，能在短時間內被活性微生物吸收（細菌）降解成二氧化碳和水，對環境沒有危害，特別適用于海上風電場等對環保要求高的場合。

合成酯變壓器油極性強，對水分子親和力強，但即使在高含水量的情況下，合成酯變壓器油仍能保持較高的擊穿電壓，其抗濕性強于礦物油變壓器油和硅油變壓器油；此外，氧化試驗表明合成酯變壓器油的氧化誘導期（421min）礦物油特有的變壓器油氧化誘導期（300min)更長更好的氧化穩定性。延長變壓器的使用壽命、它在降低維護成本方面也發揮著重要作用。

按燃點分類

變壓器油按燃點可分為高燃點變壓器油和傳統變壓器油。燃點高于300℃的變壓器油在行業內通常稱為高燃點油，β油是目前已投入使用的主要高燃點變壓器油、硅油、合成酯油等。占市場80以上的變壓器油的燃點都在200℃以下，也就是人們通常所說的傳統變壓器油。

變壓器油主要用于油浸式電力變壓器、互感器、充油套管、油斷路器和其他電氣設備的絕緣、冷卻、保護、信息載體和滅弧功能。變壓器油作為變壓器不可缺少的一部分，對保證電力變壓器的安全起著重要作用、穩定、經濟運行起著不可替代的作用。

散熱冷卻作用：在變壓器帶電運行過程中，由于電流流經線圈，線圈“銅耗“和“鐵心損耗“它們都以發熱的形式出現，從而導致熱量積聚和溫度升高。如果你不 如果不設法散熱，線圈的內部溫度將不可避免地過高。當溫度超過標準值時，線圈與鐵芯之間的固體材料會被損壞，導致短路擊穿，變壓器損壞。變壓器油比熱高，運動粘度低，傳熱性能好。充油設備只要有良好的熱循環回路，就能達到冷卻散熱的目的。

絕緣作用：變壓器的絕緣介質需要承受各種電壓的作用，包括長期工作電壓和短期過電壓及操作、閃電和其他脈沖電壓效應。為了確保試驗成功和長期運行安全，對高壓設備中使用的絕緣介質有更高的要求。油紙絕緣結構用于變壓器已有100多年的歷史。油滲透到纖維絕緣介質的內部，提高了纖維絕緣介質的絕緣強度，而紙（板）對油的阻隔作用提高了油隙的絕緣強度。變壓器油是碳氫化合物，環烷基變壓器彈簧的主要成分是環烷基。環烷烴分子的通式為CnH2n，是一種封閉的環狀鏈，分子結構緊密，不易被破壞。其最大特點是介質損耗因數小，絕緣強度高。空氣的介電常數是1.0，變壓器油的介電常數為2.25。相比較而言，變壓器油的絕緣強度遠高于空氣。

保護作用：將絕緣材料浸入變壓器油中，不僅可以提高其絕緣強度，還可以保護其免受濕氣侵蝕，對其他絕緣材料也有一定的保護作用。同時，變壓器油不會因空氣和濕氣的侵蝕而迅速變質，因此它可以將鐵芯和線圈等組件與空氣和濕氣隔離開，以避免腐蝕或直接受潮。此外，變壓器油填充在絕緣材料的間隙中，可以將容易氧化的纖維素吸收的氧氣減少到最低限度，并起到保護鐵芯和繞組部件以及防止固體絕緣材料氧化的作用。也就是說，變壓器油將首先與混入設備中的氧氣發生反應，從而延緩氧氣對纖維絕緣材料的腐蝕，從而確保變壓器具有可靠的絕緣性能。

信息載體作用：隨著新的分析檢測技術的不斷發展，通過分析變壓器油的某些性質可以獲得信息，進而可以診斷出電氣設備中的潛在故障。這種特性稱為變壓器油的信息載體功能。

滅弧作用：在油斷路器和變壓器的有載調壓開關上，當觸點接通時會產生電弧。由于變壓器油具有良好的導熱性，并能在電弧的高溫下分解出大量氣體，產生較大的壓力，從而提高介質的滅弧性能，使電弧迅速熄滅。

石油煉制生產動力油的過程大致分為原油預處理、蒸餾、精煉調合等過程，最后得到精煉油。變壓器油的工藝流程如下圖所示，主要采用三種方法：硫酸法、溶劑精制法、催化加氫工藝法。

硫酸法

酸-堿-白土工藝：20世紀6070年代，變壓器油基礎油的生產工藝主要以酸為主－堿－粘土技術是主要方法，這種傳統方法包括使用93％～98％餾分油用硫酸處理，然后攪拌分離酸渣和堿中和、水洗和白土處理。該工藝會對環境造成一定的污染，且單位體積分數回收率較低、導致資源浪費等缺點。

溶劑精制法

溶劑精制法是在常減壓蒸餾時蒸餾原油，切割不同粘度的常減壓餾分和減壓渣油作為生產潤滑油的原料，然后用溶劑脫瀝青、溶劑精制、溶劑脫蠟、白土補充精制從潤滑油基礎油中脫除非理想組分，得到理想組分，即潤滑油基礎油。根據所用溶劑的不同，可分為酮苯脫蠟－苯酚精制－白土精制和酮苯脫蠟－糠醛精制－白土工藝兩種。

酮苯脫蠟－苯酚精制－白土工藝：隨著原油性質的不斷變化，酸堿精制工藝已不能滿足變壓器油生產的需要。20世紀7080年代，變壓器油基礎油的生產工藝逐漸發展為酮苯脫蠟－苯酚精制－白土工藝。原油經常減壓蒸餾后，餾出油經酮苯脫蠟和苯酚精制，再經白土精制得到變壓器油基礎油，再調合成精制油。

酮苯脫蠟－糠醛精制－白土工藝：90年代糠醛精制工藝取代苯酚精制工藝，提高了基礎油的精制深度這個過程利用了糠醛 在餾分油中對理想組分的溶解性差，但在一定溫度下可將非理想組分溶解在溶劑中，從而使其分離，改善所得油的粘溫性能，降低油的殘碳值和酸值，提高其化學穩定性。

催化加氫工藝法

加氫技術是利用物理或化學的方法分離除去或轉化原料中的非理想組分，使產品滿足使用性能的要求基礎油加氫反應一般分為三個階段，不同階段的反應條件不同、目的和機理也不一樣。

變壓器油

第一段加氫：反應條件苛刻，其目的是通過氫化將大多數非理想組分轉化為理想組分如環烷烴或烷烴。例如，多環碳氫化合物被氫化和開環以形成具有較少環和長側鏈的碳氫化合物；含硫、氮、氧的雜環化合物進行氫化分解反應以除去雜質；多環芳烴加氫飽和生成多環環烷烴等。

第二段加氫：其目的是提高產品的低溫性能。原料在催化劑的作用下發生加氫異構和加氫裂化反應，使凝固點高的正構烷烴轉化為凝固點低的異鏈烷烴或低分子烷烴，從而達到降低凝固點的目的。

第三段加氫：在前兩個加氫階段，由于加氫裂化反應生成的烯烴量少，以及芳烴轉化反應的熱平衡限制，加氫油中仍存在一部分未完全轉化的芳烴。這些烯烴和芳烴的存在會影響基礎油的氧化安定性。因此，為了提高產品的氧化安定性，第三段加氫是在較低的溫度下對原料進行精制，其主要反應是烯烴和芳烴的加氫飽和反應。三段加氫法生產潤滑油基礎油的典型工藝如下圖所示變壓器基礎油是加氫精制后減壓分餾的輕餾分，然后調合成精煉油。