绝缘液体/电器绝缘油（Insulating Liquids）

一、概述

　　电器绝缘油也称绝缘液体、电器用油，是输变电设备，包括变压器、互感器、开关设备、整流器、电缆和电容器等的专用油。此类油品可以单独或与固体绝缘材料一起，既作为电器绝缘介质，又作为传导电器设备的导热介质，主要起冷却、绝缘、灭弧的作用，能有效地维护电气设备的正常运行。

二、电器绝缘油作用

　　电气设备(变压器、电抗器、互感器、充油套管、油开关等)所充入的绝缘油运行的可靠性，在很大程度上依赖于绝缘油的某些基本特性，而这些特性将影响着其功能的正常发挥。绝缘油在变压器、电抗器、互感器中主要起绝缘和散热冷却作用，但若在上述设备中有电弧发生时，也起灭弧作用;在充油套管中主要起绝缘作用;在油开关中，起灭弧和绝缘作用。一般来讲，绝缘油具有绝缘、散热冷却和灭弧三大功能。

2.1 绝缘作用

　　在电气设备中，变压器油可将不同电位(势)的带电部分隔离开来，使其不致于形成短，路。因为空气的介电常数为1.0，而变压器油的介电常数为2.25。也就是说，油的绝缘强度要比空气的大得多。假设，变压器油的线圈暴露在空气中，则运行时很快就会被击穿。如果变压器线圈之间充满了变压器油，则增加了绝缘强度，就不会被击穿，并且随着油的质量提高，设备的安全系数就越大。

2.2 散热冷却作用

　　变压器在带电运行过程中，会产生“铜耗”和“铁芯损耗”。这两部分损耗均以发热的形式表现出来。如果不将线圈内的这种热量散发出去，它必然会使线圈和铁芯内积蓄的热量越积越多而使铁芯内部温度升高，从而会损坏线圈外部包覆的固体绝缘，以致烧毁线圈。若是使用变压器油，那么线圈内部产生的这部分热量，先是被油吸收，然后通过油的循环而使热量散发出来，从而可保证设备的安全运行。吸收了热量的变压器油其冷却方式有自然循环冷却、自然风冷、强迫油循环风冷和强迫油循环水冷等方式。一般大容量的变压器大部分采用强迫油循环的冷却方式。

2.3 散热冷却作用

　　涡轮机高速运行时，在油轮系统中不断循环流动的油能带走轴承内摩擦产生的大量热能。运行中的汽轮机油，不断在系统内循环流动，油温将不断升高，其主要原因是轴承内油品的内摩擦产生热量。其次，由于油与轴颈相接触，被涡轮机转子传来的热量所加热。故此，油在系统内循环时，将不断地带走设备所产生的热量，并经冷油器把热量排出。由此可知，油作为传热介质，对系统内的有关设备起到冷却、散热的作用。

2.4 灭弧作用

　　在开关设备中，变压器油主要起灭弧作用。当油浸开关在切断电力负荷时，其固定触头和滑动触头之间会产生电弧，此时的电弧温度很高，并且随开断电流的大小而不同。如果不将弧柱的热量带走，使触头冷却，那么在初始电弧发生之后，还会有连续的电弧产生，从而很容易使设备烧毁，同时还会引起过电压的产生而使设备损坏。当油浸开关在最初开断而受到电弧作用时，由于高温会使油发生剧烈的热分解，而产生约70%的氢气，同时由于氢的导热系数较大(为41)，此时氢气就可以吸收大量的热，并且将热量传导至油中，而直接将触头冷却，从而达到了灭弧的目的。
　　除以上所述的三大作用之外，变压器油还具有如下两种功能:第一，由于能充填在绝缘材料的空隙中，所以可以起到保护铁芯和线圈组件的作用。第二，由于油充填在绝缘材料的空隙中，因此可将易于氧化的纤维素和其他材料所吸收的氧含量减少到最低限度。也就是说，油会使混入设备中的氧首先起氧化作用，从而延缓了氧对绝缘材料的侵蚀。

三、电器绝缘油分类

　　GB/T 7631.15《N组 绝缘液体》等效采用IEC 61039-2008《绝缘液体分类》，制定了绝缘液体分类标准。每个品种由两个英文字母和数字组成的代号表示。第一个英文字母N表示该油品所属的组别，即绝缘液体。第二个英文字母表示该产品的主要应用范围，其中C-表示用于电容器，T-表示用于变压器和开关，Y-表示用于电缆。

　　更多润滑油分类标准请参考分类标准清单。

四、电器绝缘油产品标准

4.1 国外电器绝缘油产品标准

(1) IEC电器绝缘油：
　　IEC电器绝缘油标准主要有IEC 60296《电工流体-变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》。该标准将矿物绝缘油分为变压器油和低温开关油两类，其中变压器油的技术要求包括通用技术要求和特殊技术要求；并按抗氧剂加剂量不同，分为不加抗氧剂油、加微量抗氧剂油和加抗氧剂油3个品种。此外，IEC电器绝缘油标准还有用于变压器和油开关中的矿物绝缘油IEC 296，用于充油电缆中未使用过的矿物绝缘油IEC 465，电容器和电缆用烷基苯绝缘液IEC 867，电容器用基二苯基乙烧绝缘液IEC 867，电容器用烷基萘绝缘液IEC 867等。
(2)美国电器绝缘油：
　　ASTM D3487《用于电器设备中的矿物绝缘油》根据抗氧剂加剂量不同，分为2个牌号，其中I类为抗氧剂加剂量不大于0.08%，II类为抗氧剂加剂量不大于0.3%。此外，还有用于电容器中的氯化芳烃(氯化联苯)ASTM D2233，用于电器设备中的矿物油ANSI/ASTM D3487。
(3)其他
　　如英国标准BS 148-1998《变压器和开关设备用未使用过的和回收的矿物绝缘油》，日本标准JIS C2320—1988《电气绝缘油》等。

4.2 国内电器绝缘油产品标准

　　GB 2536《电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》IEC 60296.内容包括变压器油(通用)技术要求、变压器油(特殊)技术要求和低温开关油技术要求。GB 2536-2011同时涵盖了原国标GB 2536-90中《变压器油》，以及石化行业标准SH 0040《超高压变压器油》和SH 0351-1992(2007)《断路器油》。
(1)变压器油
　　采用石油馏分为原料，经精制后得到。矿物变压器油根据抗氧化添加剂含量的不同，分为三个品种:不含抗氧化添加剂油用U表示；含微量抗氧化添加剂油用T表示，抗氧化添加剂含量最高为0.08%；含抗氧化添加剂油用I表示，抗氧化添加剂含量在0.08%~0.40%之间。
(2)低温开关油
　　采用石油馏分为原料，经精制后得到。低温开关油属于I型，抗氧化添加剂含量0.08%~0.40%，适用于在户外寒冷气候条件下，油浸开关的绝缘和灭弧。

五、电器绝缘油组成

　　按组成不同，电器绝缘油可分为矿物绝缘油与合成绝缘油。矿物绝缘油是从石油中提炼精制的液体绝缘材料。合成油用于电缆的主要有十二烷基苯(用于自容式充油电缆)、聚丁烯(用于钢管充油电缆)和少量难燃电缆用的硅油。目前，矿物绝缘油仍占主导地位，故常说的电器绝缘油通常是指矿物绝缘油。电器绝缘油的性能主要包括物理性能、电气性能、化学性能等三个方面。
　　从笼统的概念上讲，变压器油分为从石蜡基原油和环烷基原油生产的，但随着加氢改质等工艺的发展，石蜡基原油也可以生产倾点与环烷基原油相婉美的变压器油。评定变压器油基础油，除常规的理化性质外，最常见的方法还有碳型结构(也称之为结构族组成)。所谓碳型结构，就是将组成复杂的基础油看成是由芳香环、环烷环和烷基侧链这三种结构组成的单一分子， Cp值是指烷基侧链上的碳原子占整个分子总碳数的百分数。
Cp = 42% ~50%，则为环烷基油；
Cp = 50% ~56%，则为中间基油；
Cp= 56% ~65%，则为石蜡基油。
　　在变压器、互感器、电容器、电缆中使用绝缘油，应优先采用环烷基原油加工的矿物绝缘油。作为电器绝缘油，需要在电磁场作用下，以及其他环境条件下的物理和化学性质稳定，以保障电器设备的安全和可靠。从碳与碳结合的骨架类型看，以芳烃和环烷经较能保持稳定，而长直链或支链则易断链而裂解。因此，电器设备绝缘油的精制加工，则需要以环烷烃类为基本组分，包含有数量足够、性质稳定的芳烃，而尽可能地除去正构长直链易裂解的石蜡烃。这样，首先要选择环烷基原油来生产电器绝缘油，而在精制过程中，要作适度的精制，过于浅度或过于深度的精制都会使某些性能不足，难以均衡满足绝缘油的多功能要求。

六、电器绝缘油性能

　　变压器油作为输变电工程中变压器的绝缘和散热介质材料，是变电站安全运行的重要因素之一。因此，变压器油基本的功能要求是绝缘、散热，而高的耐电压和低的介损值是基本的电气性能要求。伴随着高电压输变电技术的发展，变压器油要适应高电压条件，就需要很高的抗氧化安定性、热稳定性以及良好的抗析气性。此外，微量水、微粒杂质，也已成为严格的控制指标。变压器油的性能主要包括物理性能、电气性能、化学性能等三个方面。
　　详见《电器绝缘油性能》一文。

七、变压器油选择

　　随着我国电网建设全面进人西电东送、南北互供和全国联网阶段,形成了大容量、长距离的电力输送网,高压直流输电和更高电压等级的交流输电对变压器油的要求不断提高。变压器是电网中的重要设备,变压器能否正常运行关系到电网的安全,而变压器油的好坏直接关系到变压器运行的可靠性。因此,必须做好变压器油的选择、使用和管理等工作,以确保变压器运行安全。
　　选择的原则,首先是考虑油品的性能、质量能不能满足设备电压等级、所在地的环境温度等因素对油的要求,此外,还应考虑油与其他有关绝缘材料的相容性。
在变压器油新国家标准GB 2536正式实施前,国内通常按电气设备的使用地区的气候条件和电压等级来选用变压器油。按照输变电的不同电压等级来选择变压器油的方法,是330kV或低于330kV电压可采用GB 2536-1990标准的普通变压器油，而500kV电压等级则采用SH 0040标准的超高压变压器油。为保证冬季室外变压器能随时投运,规定使用凝点不高于当地最低气温的变压器油。如最低气温高于-10℃的地区用-10号变压器油,最低气温低于-10℃、高于-25℃的地区用25号变压器油,最低温度低于-25℃、高于-45℃的地区用45号变压器油。凝点低的油可代替凝点高的油。
　　变压器油的品质主要取决于油基的结构组分及精制程度,变压器油运行过程中,其基本功能应该是氧化安定性和流动性。我国以往研发或应用过程中,把500 kV超高压变压器用油称为“超高压变压器油”,进而转化为“按电压等级区分变压器油级别”。在国际上,变压器油最新标准都是按油基结构组分和抗氧化等指标来分级。随着变压器油新国家标准GB2536-2011的正式实施,国内变压器油的品种和牌号与国际标准已经统一起来。下表是GB 2536-2011与GB 2536-1990新旧标准中各牌号的对应关系。

　　为了满足电力设备对变压器油的要求,替代进口产品,我国制定了DL/T 1094《电力变压器用绝缘油选用指南》。在《指南》中对不同类型的设备用油作出不同的规定和要求。变压器油选用原则中的“通用要求”对供油方油源、基础油的质量控制和管理、炼制工艺、经过运行的氧化安定性和质量稳定性、标准规定的各项指标的检测报告、所加添加剂的种类和含量,以及当油源、生产工艺、添加剂配方改变时等做出了规定和要求,目的是保证油源油质的稳定性和连续性。

八、变压器油使用

8.1 新变压器油的检验评价

　　在使用变压器油之前,首先要对新油进行试验验收。取样是准确评价油品质量的重要环节。为了确保所取样品具有代表性，应严格按照GB/T 4756或IEC 475等标准规定的取样方法进行,否则会由于所取油品不具代表性而导致对油质评价产生误判断。在新油交货时,应对接受的全部油样进行监督,以防出现差错或带入脏物。所有样品应进行外观的检查,国产新变压器油应按GB 2536 或SH 0040标准验收。对于合同中有约定的特别用户，也可按IEC 60296标准或按合同中明确规定的指标进行验收。
新油注入设备前必须用真空脱气滤油设备进行过滤净化处理，以脱除油中水分、气体和其他杂质。在净化处理完成后，新油应达到GB/T 14542的要求。

8.2 新油注入设备进行热循环后的检验

　　新油经真空过滤净化处理达到GB/T 14542新油指标要求后,应从变压器下部阀门将净化后油注入油箱内,使氮气排尽,最终使油位达到设计要求。油的静置时间应不小于12h,然后进行·热油循环。热油经过二级真空过滤设备后,出口油由油箱上部进入,再从油箱下部返回过滤设备,一般控制净油箱出口温度为60℃(制造厂另有规定者除外),连续循环时间为三个循环周期。经过热油循环后,应按GB/T 14542油循环后油质检验指标进行检测。

8.3 新设备投运前的检验

　　经验收合格的新变压器油注人电气设备后,由于它在与固体绝缘材料和结构材料相接触中溶有一些杂质,使其性能发生变化,与未使用油的性能有所差别,其性能的变化程度随设备类型及所选用的绝缘材料的不同而有差异。因此,在设备投运之前,应进行油质检验,达到GB/T 7595“投人运行前的油”的质量控制标准,设备方可投运。

8.4 变压器油处理或更换

　　新油达到标准要求后,应按规定进行注油和热油循环。之后,转人正常运转阶段。对于运行中变压器油来说,应根据GB/T 7595 运行中变压器油质量标准规定,来决定是否进行处理或更换新油。
　　当然,油质中某项指标明显变差,应该加强分析,并采取措施。变压器油在运行中其劣化程度和污染状况,只能根据试验室中所测得的所有试验结果,同油的劣化原因及已确认的污染来源一起考虑后,方能评价油是否可以继续运行,以保证设备的安全可靠。对于运行中的变压器油,当其中检验项目超出质量控制极限值时,必须对其原因进行分析并采取相应的措施。运行中变压器油超极限值原因及对策见GB/T 14542运行中变压器油超极限值原因及对策。

九、变压器油常见使用问题及对策

　　详见《变压器油常见使用问题及对策》一文。

　　更多油品信息请参考《工业润滑油选用指南》一书。