变压器油

变压器油（Transformer   oil）是一种电气绝缘油，主要用于油浸式电力变压器、互感器、充油套管、油断路器和其他电气设备的绝缘、冷却、保护、信息载体和灭弧功能。变压器油作为变压器不可缺少的一部分，对保证电力变压器的安全起着重要作用、稳定、经济运行起着不可替代的作用。根据基础油的来源，变压器油主要可分为矿物油变压器油、植物油变压器油、硅油变压器油和合成酯变压器油可分为四类。

矿物油变压器油的生产过程经历了20世纪60年代的酸和碱-溶剂从白土精制发展到70年代-白土精制工艺和20世纪90年代后的加氢工艺使变压器油的使用寿命不断延长。特别是20世纪90年代以后，加氢技术在炼油过程中得到了广泛应用，变压器油基础油的加工技术也逐渐转向物理加工-随着化学结合法的发展，加氢技术已成为矿物油变压器油生产工艺的发展方向。随着变压器油质量的提高和环保要求的提高，闪点降低、不容易生物降解的矿物油变压器油的使用将受到限制，具有高性能、更环保的合成酯变压器油、植物油变压器油将成为矿物油变压器油的替代品。

1929年，英国斯旺公司发明了阿斯卡里不可燃油，其主要成分是卤代多氯联苯和三氯苯的混合物。多氯联苯具有很高的化学稳定性和电绝缘强度，但由于毒性造成严重的环境问题，多氯联苯在20世纪60年代被发达国家禁用。

此后，开发了各种不可燃或不易燃的变压器油。1950年后，美国成功研制出高燃点硅油变压器油；1977年，英国GEC公司成功地将阻燃剂Midel7131合成酯应用于变压器；1980年后，英国成功开发了甲醛非燃料油；1990年后，美国DSI公司相继研制成功α油、β油、PAO及其他难燃料石油产品。

20世纪末，植物油变压器油开始使用。1996年，美国用天然酯绝缘油完成了第一台225kVA美国箱式变压器样机，1999年，瑞典ABB公司生产了第一个产品名称“BIOTEMP”2000年，美国库珀公司以大豆油为原料开发了FR3油，并成功应用于配电变压器，日本富士电机也于2002年开发了小型变压器、环保性能好的便携式菜籽油配电变压器。从以上发展过程可以看出，变压器油不燃或阻燃已经有100多年的历史了、环保无毒化发展方向。

早期工艺

19世纪末，炼油工艺使用非常简单的釜式蒸馏，以找到低倾点、低粘度变压器油只能从含蜡量少的环烷基原油中获得，因此无需经过额外的脱蜡过程。

传统工艺

20世纪6070年代，变压器油基础油的生产技术主要是酸-碱-白泥工艺工序复杂，时间长，出油率低，酸渣污染环境；20世纪7080年代，变压器油基础油的生产工艺开始以苯酚为主要溶剂进行精制-溶剂脱蜡-粘土补充精炼提高了精炼深度，使精炼过程更加环保；20世纪90年代，糠醛精制工艺取代苯酚精制工艺，进一步提高了基础油的精制深度，改善了所得油品的粘温性能，降低了油品的残炭值和酸值，提高了其化学稳定性。这三种工艺的加工原理是通过物理方法将理想组分与非理想组分分离得到基础油，基础油的性能与精炼原油的性能密切相关。

加氢工艺

1960年，美国开始将加氢处理技术用于润滑油的生产。1969年，法国石油研究所IFP开发了润滑油加氢处理工艺，并在西班牙Pubertolino炼油厂投入运行。美国海湾研究与发展公司、雪佛龙和壳牌先后开发并工业化了自己的加氢处理工艺。1977年，英国BP公司开发出第一套催化脱蜡装置，在美国得克萨斯州贝敦炼油厂投产。壳牌、雪佛龙和美孚开发了异构脱蜡催化剂和工艺来生产高粘度指数的基础油。20世纪80年代中期，雪佛龙实现了世界 位于旧金山里士满冶炼厂的首条全氢润滑油基础油生产线。

20世纪90年代以来，加氢技术在炼油技术中得到广泛应用为了满足产品开发的需要，大型变压器油生产企业根据加工原油的特点引入了不同的加氢技术。加氢技术使炼油技术从物理加工技术向物理技术转变-化学加工技术或化学加工技术的发展改变了基础油的性质，酸值较低、低倾点、无腐蚀性和较好的氧化稳定性等，改变了传统炼油工艺难以克服的资源瓶颈，缩小了不同原油炼制的变压器油基础油的烃组成差异，提高了变压器油的性能。 

按基础油来源分类

根据基础油的来源，变压器油主要可分为矿物油变压器油、植物油变压器油、硅油变压器油和合成酯变压器油可分为四类。

矿物油变压器油：矿物油变压器油用于油浸式变压器已有近百年的历史，因为其产量很大、质量好，技术经济指标优越，经久不衰，而且还是超高压、UHV电力变压器的理想变压器油。矿物油变压器油主要由环烷基油和石蜡基油加工而成，从分子结构角度看包括直链烷烃、异构烷烃、环烷烃和芳烃在变压器油中的作用不同。

直链烷烃凝固点高，在高压电场下容易产生氢气一般来说，从经济性和性能方面考虑，直链烷烃不直接用于生产变压器油；异烷烃的闪点高于170℃，凝点低，酸值低（小于0.001mg/g）它具有良好的氧化稳定性和适度的气体析出，适用于变压器油；环烷烃凝固点低，闪点低，析气量适中，可以满足变压器油的电气性能要求；芳烃中的单环芳烃具有良好的析气性，可用于超高压变压器油多环芳烃和稠环芳烃的氧化稳定性差，对人体健康有影响，应将其从变压器油中去除。矿物油变压器油的理想成分是异链烷烃、环烷烃和少量单环芳烃。

虽然矿物油变压器油是应用最广泛的变压器油，但其在使用中仍存在许多问题。首先，矿物油变压器油闪点低（一般低于140℃）变压器电弧的高温作用会使其迅速分解气化、闪光，造成燃烧事故；其次，矿物油变压器油不可再生且难以生物降解，泄漏时容易污染环境。

植物油变压器油：植物油变压器油是由天然油料作物经压榨精炼改性而成。植物油的主要成分是甘油三酯，不同植物油中脂肪酸的种类和含量差异较大考虑到变压器油的抗氧化性和低温流动性，单不饱和脂肪酸含量较高的植物油是制备植物油变压器油的较好选择。

与矿物油变压器油相比，植物油变压器油具有较高的燃点、电性能好，原料来源广泛，可再生，可生物降解；存在的问题主要体现在：1）价格较高，约为矿物油变压器油的34倍；2）油品的性能指标不统一，相应的标准较少；3）介质损耗因数、变压器油的含水量和运动粘度高于矿物油；4）存在氧化和凝胶化现象；5）植物油变压器油的运维经验较少，工艺不全。这些问题制约了植物油变压器油的推广和使用。

硅油变压器油：硅油变压器油硅油是一种硅酮液体，是一种硅酮聚合物。硅油作为变压器绝缘油，除了具有优异的电绝缘性能外，还具有燃点高凝点低粘度随温度变化小的优点。

硅油变压器油的粘度比矿物油变压器油高一倍以上，会影响变压器的散热。但硅油变压器油的冷油和热油的密度差大于矿物油变压器油，可以加快变压器内的热虹吸对流速度，部分弥补硅油变压器油粘度高的缺点。与矿物油变压器油相比，硅油变压器油具有优异的电绝缘性能低介质损耗高体积电阻率高电气强度和良好的运行安全性。然而，硅油对局部放电或击穿的分解敏感，并且其对电火花的稳定性低而且在击穿电压的反复作用下，绝缘强度会降低因此35kV以下容量的变压器一般采用硅油，工作温度不宜过高。

合成酯变压器油：合成变压器油是由化学物质合成的。它们是多羟基化合物和羧酸反应的产物，其结构由几个酸分子通过化学键与中心多羟基化合物结合而成。分子链中的羧酸通常是饱和的。这就是合成酯性能稳定的原因。合成酯油具有高防火性能、具有良好环保性和优异防潮性的高性能绝缘油。

合成酯变压器油主要采用多元醇酯基础油，其特点是生物降解性好，能在短时间内被活性微生物吸收（细菌）降解成二氧化碳和水，对环境没有危害，特别适用于海上风电场等对环保要求高的场合。

合成酯变压器油极性强，对水分子亲和力强，但即使在高含水量的情况下，合成酯变压器油仍能保持较高的击穿电压，其抗湿性强于矿物油变压器油和硅油变压器油；此外，氧化试验表明合成酯变压器油的氧化诱导期（421min）矿物油特有的变压器油氧化诱导期（300min)更长更好的氧化稳定性。延长变压器的使用寿命、它在降低维护成本方面也发挥着重要作用。

按燃点分类

变压器油按燃点可分为高燃点变压器油和传统变压器油。燃点高于300℃的变压器油在行业内通常称为高燃点油，β油是目前已投入使用的主要高燃点变压器油、硅油、合成酯油等。占市场80以上的变压器油的燃点都在200℃以下，也就是人们通常所说的传统变压器油。

变压器油主要用于油浸式电力变压器、互感器、充油套管、油断路器和其他电气设备的绝缘、冷却、保护、信息载体和灭弧功能。变压器油作为变压器不可缺少的一部分，对保证电力变压器的安全起着重要作用、稳定、经济运行起着不可替代的作用。

散热冷却作用：在变压器带电运行过程中，由于电流流经线圈，线圈“铜耗“和“铁心损耗“它们都以发热的形式出现，从而导致热量积聚和温度升高。如果你不 如果不设法散热，线圈的内部温度将不可避免地过高。当温度超过标准值时，线圈与铁芯之间的固体材料会被损坏，导致短路击穿，变压器损坏。变压器油比热高，运动粘度低，传热性能好。充油设备只要有良好的热循环回路，就能达到冷却散热的目的。

绝缘作用：变压器的绝缘介质需要承受各种电压的作用，包括长期工作电压和短期过电压及操作、闪电和其他脉冲电压效应。为了确保试验成功和长期运行安全，对高压设备中使用的绝缘介质有更高的要求。油纸绝缘结构用于变压器已有100多年的历史。油渗透到纤维绝缘介质的内部，提高了纤维绝缘介质的绝缘强度，而纸（板）对油的阻隔作用提高了油隙的绝缘强度。变压器油是碳氢化合物，环烷基变压器弹簧的主要成分是环烷基。环烷烃分子的通式为CnH2n，是一种封闭的环状链，分子结构紧密，不易被破坏。其最大特点是介质损耗因数小，绝缘强度高。空气的介电常数是1.0，变压器油的介电常数为2.25。相比较而言，变压器油的绝缘强度远高于空气。

保护作用：将绝缘材料浸入变压器油中，不仅可以提高其绝缘强度，还可以保护其免受湿气侵蚀，对其他绝缘材料也有一定的保护作用。同时，变压器油不会因空气和湿气的侵蚀而迅速变质，因此它可以将铁芯和线圈等组件与空气和湿气隔离开，以避免腐蚀或直接受潮。此外，变压器油填充在绝缘材料的间隙中，可以将容易氧化的纤维素吸收的氧气减少到最低限度，并起到保护铁芯和绕组部件以及防止固体绝缘材料氧化的作用。也就是说，变压器油将首先与混入设备中的氧气发生反应，从而延缓氧气对纤维绝缘材料的腐蚀，从而确保变压器具有可靠的绝缘性能。

信息载体作用：随着新的分析检测技术的不断发展，通过分析变压器油的某些性质可以获得信息，进而可以诊断出电气设备中的潜在故障。这种特性称为变压器油的信息载体功能。

灭弧作用：在油断路器和变压器的有载调压开关上，当触点接通时会产生电弧。由于变压器油具有良好的导热性，并能在电弧的高温下分解出大量气体，产生较大的压力，从而提高介质的灭弧性能，使电弧迅速熄灭。

石油炼制生产动力油的过程大致分为原油预处理、蒸馏、精炼调合等过程，最后得到精炼油。变压器油的工艺流程如下图所示，主要采用三种方法：硫酸法、溶剂精制法、催化加氢工艺法。

硫酸法

酸-碱-白土工艺：20世纪6070年代，变压器油基础油的生产工艺主要以酸为主－碱－粘土技术是主要方法，这种传统方法包括使用93％～98％馏分油用硫酸处理，然后搅拌分离酸渣和碱中和、水洗和白土处理。该工艺会对环境造成一定的污染，且单位体积分数回收率较低、导致资源浪费等缺点。

溶剂精制法

溶剂精制法是在常减压蒸馏时蒸馏原油，切割不同粘度的常减压馏分和减压渣油作为生产润滑油的原料，然后用溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土补充精制从润滑油基础油中脱除非理想组分，得到理想组分，即润滑油基础油。根据所用溶剂的不同，可分为酮苯脱蜡－苯酚精制－白土精制和酮苯脱蜡－糠醛精制－白土工艺两种。

酮苯脱蜡－苯酚精制－白土工艺：随着原油性质的不断变化，酸碱精制工艺已不能满足变压器油生产的需要。20世纪7080年代，变压器油基础油的生产工艺逐渐发展为酮苯脱蜡－苯酚精制－白土工艺。原油经常减压蒸馏后，馏出油经酮苯脱蜡和苯酚精制，再经白土精制得到变压器油基础油，再调合成精制油。

酮苯脱蜡－糠醛精制－白土工艺：90年代糠醛精制工艺取代苯酚精制工艺，提高了基础油的精制深度这个过程利用了糠醛 在馏分油中对理想组分的溶解性差，但在一定温度下可将非理想组分溶解在溶剂中，从而使其分离，改善所得油的粘温性能，降低油的残碳值和酸值，提高其化学稳定性。

催化加氢工艺法

加氢技术是利用物理或化学的方法分离除去或转化原料中的非理想组分，使产品满足使用性能的要求基础油加氢反应一般分为三个阶段，不同阶段的反应条件不同、目的和机理也不一样。

变压器油

第一段加氢：反应条件苛刻，其目的是通过氢化将大多数非理想组分转化为理想组分如环烷烃或烷烃。例如，多环碳氢化合物被氢化和开环以形成具有较少环和长侧链的碳氢化合物；含硫、氮、氧的杂环化合物进行氢化分解反应以除去杂质；多环芳烃加氢饱和生成多环环烷烃等。

第二段加氢：其目的是提高产品的低温性能。原料在催化剂的作用下发生加氢异构和加氢裂化反应，使凝固点高的正构烷烃转化为凝固点低的异链烷烃或低分子烷烃，从而达到降低凝固点的目的。

第三段加氢：在前两个加氢阶段，由于加氢裂化反应生成的烯烃量少，以及芳烃转化反应的热平衡限制，加氢油中仍存在一部分未完全转化的芳烃。这些烯烃和芳烃的存在会影响基础油的氧化安定性。因此，为了提高产品的氧化安定性，第三段加氢是在较低的温度下对原料进行精制，其主要反应是烯烃和芳烃的加氢饱和反应。三段加氢法生产润滑油基础油的典型工艺如下图所示变压器基础油是加氢精制后减压分馏的轻馏分，然后调合成精炼油。