天然酯變壓器在延安黃河引水工程中的應用

胡 宇，郭宇光，郭 琳

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西 西安 710001）

0 引言

延安黃河引水工程是以黃河和清澗河為水源，經多級加壓，雙庫調節，向延安市城區和延長、延川、子長、清澗4縣城及延川縣永坪鎮生活和工業園區供水的長距離引水工程。

工程共設9座泵站、3座凈水廠及2座水庫等水工建筑物，9座泵站安裝水泵電動機組71臺套，總裝機功率48144 kW，運行電機功率34871 kW，備用電機功率13273 kW。其中黃延線引水線路布設泵站6座，安裝水泵電動機組52臺套，裝機功率38678 kW。

黃延線共設計10臺35 kV雙圈有載調壓變壓器，單臺最大容量為10000 kVA。

天然酯絕緣油，又稱植物絕緣油或天然酯，源于天然油料作物，甘油三酯為其主要成分。天然酯的分子中含有酯鍵，分子量高于傳統礦物油。相較礦物油，天然酯絕緣油環保性好，經口無毒性，對水生動物無毒性，28天內生物降解度可達98%以上（遠超傳統礦物油）。此外，天然酯絕緣油的燃點可達350℃以上（礦物絕緣油的燃點約為160℃）[1]。尤為關鍵的是，天然酯絕緣油對水分的溶解吸收能力較強，亦可與水發生水解反應，并能在絕緣紙表面形成酯化保護膜，這些均能降低油浸絕緣紙中的水分含量，進而可延長變壓器絕緣紙的使用壽命5～8倍（根據IEC 62770標準附錄計算）。因此天然酯絕緣油可作為一種具有很大潛力的環保型絕緣液體介質。

延安黃河引水工程對于項目所在地環保要求非常嚴格，不能因為設備絕緣油泄漏造成水源地的污染，針對此情況，在對天然酯及天然酯變壓器進行充分實驗的基礎上，延安黃河引水工程35 kV主變最終選擇使用天然酯絕緣油變壓器。

1 天然酯試驗

本項目采用RAPO天然酯絕緣油。依據標準IEC 62770及DL/T 1360[2]的規定，針對項目選用的絕緣油進行了全面的理化電氣特性試驗。并根據該標準對數據進行對比分析得出結論。綜合試驗數據如表1所示，由表可見，項目所選用天然酯的介損約為標準值的1/5、擊穿電壓超過標準要求值的2倍，其余理化參數也遠高于標準要求，從而本項目所采用的國產天然酯絕緣油完全滿足IEC 62770及DL/T 1360標準的要求。

表1 國產天然酯絕緣油典型參數

依據規范GB/T 21757[3]，針對天然酯絕緣油進行環保特性驗證性實驗，即急性經口毒性測試。該實驗中，三只小白鼠分別口服標準中所規定的最大劑量絕緣油，由此驗證其經口毒性。結果表明，小白鼠無一死亡。與此同時，依據規范GB/T 27861[4]進行魚類急性毒性實驗，即：采用3種魚類（斑馬魚、鯉魚、鯽魚）進行規定時間內的測試。結果表明，96小時實驗時間內無一死亡。這說明，天然酯絕緣油對水生動物無毒性。

此外，天然酯也存在如運動粘度較礦物油高，傾點較礦物油高等問題。因而，本項目針對于此，對變壓器進行了散熱結構上的改進，并對天然酯變壓器在低溫下冷啟動問題進行跟蹤分析。

2 天然酯變壓器設計

與傳統礦物油變壓器相比，天然酯變壓器設計更關注結構的散熱問題，這主要是歸因于天然酯的運動粘度遠大于礦物油（接近于礦物絕緣油的4倍）。盡管天然酯的熱導率高于礦物油，但仍無法抵消較高粘度對散熱所帶來的不良影響。因此，相較于傳統礦物油變壓器，天然酯變壓器需著重改良其散熱系統的設計，以滿足規范對變壓器溫升的要求。

本項目針對天然酯絕緣油粘度較高，散熱較差的問題，對其進行針對性的特殊設計，主要措施為增加油道寬度和擴大儲油柜至油箱本體的管徑等，該特殊設計的天然酯變壓器，其溫升滿足規范GB 1094.2[5]的要求。溫升及其他部分試驗數據如表2所示。由表可見，該變壓器滿足規范GB/T 6451[7]要求。

表2 天然酯變壓器出廠檢測結果

3 天然酯變壓器運行測試

天然酯變壓器的運行維護基本類似于礦物油變壓器，其具體規定參考國家電網標準Q/GDW 11659[6]《天然酯絕緣油配電變壓器技術導則》中的要求。本項目所涉及的天然酯變壓器應用場所在延安延川，冬季氣候寒冷，極端低溫達-25.1℃。但天然酯長期應用于-18℃以下即會產生凝結，具體測試結果如表4所示。

依據表3的數據結果，當室外溫度長期維持在-18℃以下時，變壓器冷啟動時需考慮其環境溫度的因素。針對這一情況，要求變壓器帶負荷運行前首先對變壓器空載運行，之后逐步增加負載，使得變壓器溫度逐步提高，進入正常運行狀態。也就是說，變壓器空載一段時間后方可達到穩定狀態，在此期間，天然酯油溫與外界溫度存在差值，那么變壓器空載運行多久后才可達到穩定狀態，針對該問題，本項目對變壓器的空載運行油溫進行了一系列的監測，結果如表4所示。

表3 天然酯絕緣油長期冷特性試驗結果表

表4 天然酯變壓器運行溫度

由表4可見，天然酯變壓器的油溫隨環境溫度變化而變化。當環境溫度達到極高值10℃時，油溫約低于外界溫度4℃；當外界溫度達到極低-10℃時，油溫約高于外界氣溫4℃。在外界溫度在-10～＋10區間內，變壓器經空載運行約12小時后，其油溫基本達到穩定值，即：約高于外界溫度25℃。由此可推斷，當延川縣達到極限低溫-20℃時，變壓器經充分空載運行，其油溫高于0℃。不存在天然酯凝結的風險。

4 結論

首先對本項目所選用的天然酯進行了一系列試驗，通過對試驗數據與IEC 62770標準進行對比，滿足規范的各項技術要求。其次對變壓器的結構設計進行了優化，通過對天然酯變壓器出廠驗收測試，本項目天然酯變壓器各項參數滿足國家規范要求。具體結論如下：

1）天然酯絕緣油與傳統礦物油相比較有其突出的特點：28天內生物降解度可達98%以上（遠超傳統礦物油）。此外，天然酯絕緣油的燃點可達350℃以上（礦物絕緣油的燃點約為160℃）。天然酯可與水發生水解反應，并能在絕緣紙表面形成酯化保護膜，能降低油浸絕緣紙中的水分含量，延長變壓器絕緣紙的使用壽命5～8倍。

2）國內已具備成熟的絕緣油生產能力，延安黃河引水工程所選用天然酯各項性能參數全部符合規范規定。且本項目所選天然酯無毒性，滿足水源地對環保的各項要求。

3）由于天然酯運動粘度約為礦物油的4倍，對變壓器散熱造成不利影響，通過增加油道寬度和擴大儲油柜至油箱本體的管徑兩個方面的改良設計。解決了變壓器溫升問題，最終通過全部的驗收實驗，滿足規范GB/T 6451[14]及設計要求，現場運行良好。

4）延安黃河引水工程所在地冬季氣候寒冷，極端低溫達-25.1℃。本項目所采用天然酯長期應用于-18℃以下即會凝結，針對此情況，要求變壓器帶載運行前需空載運行一段時間，以消除此問題。