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超高压换流变用变压器油

2016-02-26 05:00:51中国电网招标网

  刖电力系统以发展超高电压输电技术来满足愈来愈长距离输送大容量电力的要求。其中超高压直流输电技术以、长距离和大容量输送电能而倍受青睐。

  随着举世瞩目的三峡工程的投产和“西电东送”工程的实施,超篼压交、直流输电技术势将在我国得到迅速发展。2001年我国西安变压器厂和沈阳变压器厂分别与ABB公司和SIEMENS公司合作生产超篼压直流输电的关键性设备――换流变压器。这是一种将交流变直流(称整流),再将直流变交流(称逆变)的换流变压器设备,需要特殊的、性能更好的变压器油。因国内换流变用变压器油产品尚属空白,国内变压器厂为三峡工程、贵广项目生产换流变压器和平波电抗器时,被迫分别选用了这2个外国公司独家生产的A、B2种变压器油,每吨油的价格曾篼达万元以上,致使变压器生产企业和建设工程成本很高。

  因此,各变压器厂希望积极与ABB、SIEMENS等直流变压器生产厂商通力合作进行换流变用油的本土化。期间SIEMENS也主动提出了开发一种具有负析气性变压器油的意向。这也是中国石油作为国家最大的石油公司和绝缘油供应商责无旁贷的任务,所以中国石油及其克拉玛依石化公司、润滑油公司篼度重视、集中投人人力物力进行攻关。2002年9月研制出具有负析气性的变压器油,并取得了SIEMENS公司的认可,10月通过了中国石油组织、电力行业专家主持的技术鉴定。2003年11月投入灵宝换流变压器使用。该项工作得到了国家电网公司、南方电网公司,西安变压器公司、沈阳变压器公司、SIEMENS公司和ABB公司,以及西安热工研究院等单位的大力支持。

  1超高压交直流通用变压器油的技术关键和研制标准通过与国内变压器专家和SIEMENS、ABB公司专家的交流讨论,分别达成了4点基本共识:直流换流变压器所要求的变压器油性能比普通交流变压器高,如果可以满足直流要求、同时也就可以满足交流要求,所以实际上是要研制的换流变压器油也就是交直流通用变压器油。

  SIEMENS公司和ABB公司的变压器制造技术对于变压器油的要求差别很大(特别是在直流方面),无法做到2种换流变压器用同一种油,所以必须研究不同的品种分别适用于各自的技术。为此,我们将要研制的两个产品定名为KI50X和KI50GX.其中KI50GX产品将应用于SIEMENS公司技术制造的变压器,它要求具有负的析气性。

  根据超篼压直流换流变的运行特点,其所用变压器油与普通交流变压器油相比应具有以下特殊要求:①较低的黏度和不低的闪点。换流变压器运行温度比普通变压器要篼,要求变压器油具有低黏度有利于冷却散热,同时安全运行所要求的闪点还不能降低。②更好的氧化性和老化安定性。换流变压器运行温度篼本身就要求油品氧化、老化性能更高。而且换流变压器的造价很篼,且所用油品特殊,不希望频繁换油,所以对油品的性能要求就更加苛刻。③高的清洁性。直流变压器的电场方向不存在交变,油中的微小颗粒很容易在电流作用下富集于绝缘的某一方向而造成设备运行不正常,所以要求油品尽童洁且易于处理。④析气性和氧化老化性能的平衡协调。对SIEMENS公司技术所用的变压器油,要求抗氧化、老化性能很好,同时还要具有负的析气性,这使研究生产十分困难。

  为使研制的变压器油能适应国外石油公司多年使用的产品,所以要具有更好的综合性能。为此,除了SIEMENS和ABB公司有明确底线要求的指标(如SIEMENS公司要求析气性负值即可,-10ixL/min最好)以外,基本国外公司A、B2种产品的典型值制定了研制指标,见表1.项目A产品B产品试狯方法外观透明,无沉淀透明,无沉淀目测运动黏度/mm2报告倾点闪点(闭口)/腐蚀性硫非腐蚀性水分/叫gl击穿电压/kV处理前处理后介质损耗因数(90尤)处理前处理后界面张力/mN氧化安定性老化安定性沉淀/%介质损耗因数(90)础油精制深度越高,对添加剂的感受性也越好,油品2超高压交1变压器油研制的氧化和老化安定性也越好。

  上中国5,4年油发生产a程中已,表2进口油典型性质和已有坦分的对比长土厂刀件尔rFiwBti对换流变压器的研制标准和国外公司产品的特点,结分析项目A产品B产品抗析气性组分口国心朋过云的九和生头陆,悬不佛疋奶九住八首通::压研fWtT空师工以过,Idi到KI50X的要求在KI45AX超高压变压器油的生产工运动黏度艺基础上改进,达到KI50GX的要求(特性见表2)。W 20尤开发的难点主要解决5个问题提高常压塔的分馏精度,在不降低闪点的条件下,将馏分的黏度由闪点(闭口)/ ~8mm2/s.②提篼组分精制深腐蚀性硫非腐蚀d非腐蚀性度,为产品的氧化老化性能创造条件。③进行更好的倾点/1C抗氧化添加剂复配体系研究。④对于KI50GX要通击穿电压/kV过基础油组分和添加剂配方组合平衡氧化老化性能介质损耗因败/90丈和析气性的关系,全面满足SIEMENS公司的要求。

  ⑤研制产品在自己分析基础上睬经过SIEMENS公司DBPC含童/%和ABB公司的分析认定。

  研制工作总体上分成基础油研究、添加剂复配刊甲卜评疋守)1王安外R,共仕巷猫甘的切割方面,克拉玛依石化公司在大生产上做了及时的改造和调整,为组分的顺利生产打下了良好的基BaadCT础,我们着重在精制深度和组分配合方面做了系统沉淀/% 2.1KI50X基础油的精制深度组成分析KI50X变压器油要求有极好的抗氧化和抗老化饱和烃芳香烃性能。油品的抗氧化和抗老化性能除与抗氧剂的配y方有关外。与某础油的精制深度也有首接的关系。基在KI50X变压器油的研制过程中,我们选用了基础油1和2这2种不同精制深度的基础油进行配方研究。2种基础油在黏度、闪点及馏程等性质上都满足了KI50X变压器油的研制指标,达到了低黏度、窄馏分和篼闪点的要求,电气性能也满足了要求,主要区别在于基础油2的精制深度要篼于基础油1(从旋转氧弹的数据看),见表3.表3KI50X不同精制深度基础油性质分析项A产品基础油1基础油2研制指标样品编号运动黏度报告倾点A闪点(闭口界面张力/mN中和值/mgKOH介质损耗因数(90)击穿电压/kV析气性/m碳型分析氧化安定性(旋转氧弹馏程2.2KI50GX基础油的性质KI30GX变压器油要求有极好的抗析气性能和抗氧化、抗老化性能,而两者本身是一对矛盾体。抗析气性能好要求基础油芳香烃含量高,这会对抗氧添加剂的感受性变差,从而影响其抗氧化、老化性能。平衡抗析气性能和抗氧化、老化性能两者的矛盾是研制KI50GX变压器油的关键。我们选择了具有不同析气性的3种基础油。

  基础油3为克拉玛依窄馏分抗析气变压器油组分;基础油4为KI50X基础油2与基础油3按1:1比例调和而成;基础油5是在基础油4的基础上加人少量特殊抗析气性添加剂调制而成。基础油3析气性较低,基本性质与B相同;基础油4析气性为-lUil/min;基础油5析气性为-25iO/min;基础油4和5的氧化安定性要优于基础油3.KI50GX基础油性质分析见表42.3添加剂配方研究2.3.1氧化安定性及氧化试验变压器油在一定的条件下,抵抗氧化作用的能力称为抗老化或抗氧化性能。变压器油加入到变压器箱后,在运行过程中,因受溶解在油中的氧气(变压器油在加人变压器时虽然经过严格的脱气、脱水。但仍然含有约0.3%的氧气)、温度、电场、电弧及水分、杂质和金属催化剂等的作用,发生氧化、裂解等化学反应,会不断变质,生成大量的过氧化物及醉、醛、酮、酸等氧化产物,再经过缩合反应而生成油泥等不溶物。

  这些氧化产物将对变压器造成致命的影响,因此变压器油的抗老化或抗氧化性能是一项重要的指标。

  变压器运行温度的篼低对变压器油的氧化或老化速度影响非常大,一般油温每提高10,氧化速度会增加一倍。由于换流变压器的特殊运行条件,运行时变压器油的温度一般较交流变压器篼10~2iC,因此用于超篼压直流输电的变压器油对抗氧化或抗老化性能较用于交流输电的变压器油要高得多。

  表4KI50GX基础油性质分析分析项目基础油3基础油4基础油5 KI50GX研制指标样品编号报告运动黏度/mm2.闪点(闭口)/倾点,中和值/mgKOH界面张力/mN,m-1介质损耗因数/9(rc击穿电压/kV析气性/pi氧化安定性(旋转氧3碳型分布/%馏程/尤目前,国内外用于评价绝缘油抗氧化或抗老化性164h),主要用于评定不加抗氧抑制剂的变压器油的抗氧化性能,IEC1125B用于评定在氧化过程中产生挥发性酸的趋势,ASTMD1934主要用于简单评价变压器油的抗老化性能,IEC61125C、ASTMD2440和DIN51554目前广泛用于评价添加抗氧抑制剂的变压器油的抗氧化或抗老化性能,ASTMD2440由于评定时间较短(llOtx164h)已不能有效评定一个高质量变压器油的抗氧化性能,而1125(:(120x500h)和051554(110:x28d)由于评定条件苛刻,可以较好的评价变压器油的抗氧化或抗老化性能。对用于超高压直流输电设备的变压器油,由于对抗氧化或抗老化性能有更高的要求,因此ABB公司和SIEMENS公司所用的A油和B油均是采用DIN51554的Baadei法老化来评价其抗老化性能的。

  在我们研制超篼压交、直流通用变压器油KI50X和KI50GX的过程中,由于目前国内尚无满足DIN51554标准的设备,我们采用了更为苛刻的IEC61125C法来初步评定KI50X和KI50GX变压器油的抗氧化或抗老化性能及抗氧添加剂配方,确定添加剂配方后,委托SIEMENS公司在国外进行Baadei法老化试验评价。

  2.3.2添加剂配方研究在添加剂配方研究中,实验室选择了5个基础油和5个抗氧添加剂组合配方,按IEC61125C法进行基础油和添加剂配方的评定。

  KI50X变压器油氧化试验。经过评价表明,相同的抗氧添加剂配方,采用基础油2的抗氧化性能明显优于采用基础油1,基础油2对添加剂的感受性更好。在所选择的5个抗氧添加剂配方中,配方4的抗氧化性能最好。采用基础油2添加抗氧添加剂配方4,其抗氧化性能优于油A油,KI50X氧化试验结果见表5.1表5KI50X氧化试结果油名添加剂IEC61125C法氧化试验配方沉淀/%介损(90尤)配方1配方2基础油i配方3配方4配方5配方4基础油2配方1配方2平,基础油4加人抗氧添加剂配方其抗氧化性能稍优于油B油,基础油5加人少量的特殊抗析气性添加剂后,在保持氧化安定性较好的基础上,析气性得到较大的改善,KI50GX氧化试验结果见表6.表6KI50GX氧化试结果油名添加剂1EC1125C法氧化试验配方沉淀配方1配方2基础油3配方5配方4配方5基础油4配方4基础油5配方4抗氧化性能太差,只进行了234h后无法进行。

  通过以上对KI50X和KI50GX基础油和抗氧添加剂配方的研究,KI50X和KI50GX变压器油方案确定。KI50X:基础油2+抗氧添加剂配方4;KI50GX:基础油5+抗氧添加剂配方4.按以上确定的基础油和抗氧添加剂配方,我们将KI50X、KI50GX送到SIEMENS公司和ABB公司行评价。

  的评定SIEMENS公司评定结果根据实验室确定的基础油和添加剂配方方案,我们为SIEMENS公司提供了KI50X及KI50GX各4L进行评价试验,结果表明:KI50GX的Baadei法老化试验和抗析气性性能达到SIEMENS公司的要求。SIEMENS公司下达了无任何附加条件进人其全球制造系统的通行证,该油可以用于SIEMENS公司制造的超高压直流换流变压器(HVDC)和超高压交流变压器(HVAC)。从老化试验结果来看,KI50X的老化试验达到国外公司的A产品质量水平,其证定结果见表7. ABB公司评定结果根据实验室确定的基础油和添加剂配方方案,我们为ABB公司提供了KI50X变压器油4L进行评价试验,结果表明:KI50X变压器油达到了ABB公司的要求。ABB公司评价认为满足ABB公司原材料IZBA117001-1所需高级别变压器油要求,可以用于ABB公司制造的超篼压直流换流变压器(HVDC)和超高压交流变压器(HVAC),其评定结果见表8. KI50X、KI50GX与国夕卜产品性能对比变压器油KI50X与国外公司的变压器油A性质对比见表9.变压器油KI50GX与国外公司的变压器油B性质对比见表10.表7SIEMENS公司析气性和Baader评定结果项目SIEMENS指标要求试验方法克拉玛依析气性/lI中和值/mgKOH皂化值/mgKOH颜色沉淀介质损耗因数(90T)表8ABB公司评定结果项目司要求试验方法项目司要求试验方法介质损耗因数(90〉抗氧剂含量/%运动黏度/mm2倾点/1闪4(闭口)/尤中和值/mgKOHg一腐蚀性硫水分/mgkg'1非腐蚀性碳型分布/%极性芳烃含置/%总含置/%氧化安定性/h击穿电压/kv处理前处理后表9KKOX变压器油与A变压油性质对比项百研制指标A油典型性质试验方法外观透明,无沉淀物和目测悬浮物运动黏度/mm2 20弋报告蟥点Zc闪点(闭口)/中和值/mgKOH腐蚀性非腐蚀性莓30击穿电压/kV处理前处理后3570介质损耗因数(90t)处理前处理后界面张力(20t)/mN 40抗氧剂含置/%矣11碳型分布/%氧化安定性/h皂化值/mgKOH8一沉淀/%介质损耗因数(90)表10KI50GX变压油与B变压油性质对比项百研制指标B油典型性质试验方法外观透明,无沉淀物和目测悬浮物运动黏度/mm2报告倾点/闪点(闭口)/丈中和值/mgKOH腐蚀性硫非腐蚀性在30处理前35击穿电压/kV处理后60处理前介质损耗因数(90)处理后析气性界面张力UtVtVmN 40抗氧剂含童/%碳型分布/%皂化值/mgKOH. Baader法老化沉淀/%介质损耗因数(90T〉从表9和表10的数据可以看出,超高压交直流通用变压器油KI50X和KI50GX达到研制指标,其质量水平与国外同类产品相当。

  5结论以克拉玛依环烷基原油窄馏分油为原料,采用特殊的加工工艺,加入抗氧复合添加剂和抗析气性添加剂,可以生产超篼压交、直流通用变压器油。

  KI50GX变压器油经SIEMENS公司评定,可以用于SIEMENS公司制造的超篼压直流换流变压器和趄高压交流变压器。

  KI50X变压器油经ABB公司评定,可以用于ABB公司制造的超篼压直流换流变压器和超高压交流变压器。

  由中国石油开发生产的超高压交、直流通用变压器油KI50X和KI50GX达到国外同类产品的水平。目前,这2种油品已分别装人由西安变压器厂和沈阳变压器厂生产的换流变压器,安装在我国第一个国产化的换流站――灵宝变电站开始了实际使用。为超篼压交、直流变用变压器油的本土化生产创造了条件。

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