變壓器油（Transformer oil）是天然石油中經(jīng)過蒸餾、精煉而獲得的一種礦物油，是石油中的潤滑油餾份經(jīng)酸堿精制處理得到純凈穩(wěn)定、粘度小、絕緣性好、冷卻性好的液體天然碳?xì)浠衔锏幕旌衔铩Ｋ追Q方棚油，淺黃色透明液體，相對密度0.895，凝固點(diǎn)<-45 ℃。主要用于油浸式電力變壓器、互感器、充油套管、油斷路器等電氣設(shè)備中，起絕緣、冷卻、保護(hù)、信息載體和滅弧等作用。變壓器油作為變壓器不可缺少的組成部分，對保障電力變壓器安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有不可替代的作用。
1887年，null工程師埃利胡·湯姆森（Elihu null）申請了變壓器中使用礦物油的專利，解決了變壓器向更大功率發(fā)展的難題，開創(chuàng)了以油代替空氣作為變壓器絕緣介質(zhì)的歷史。1892年，null生產(chǎn)出了第一臺(tái)用null作冷卻劑的變壓器。19世紀(jì)末，受限于當(dāng)時(shí)的煉油工藝水平，變壓器油主要從環(huán)烷基原油中獲得。20世紀(jì)70年代石油危機(jī)以后，隨著環(huán)烷基原油資源減少，人們開始研究從石蠟基、中間基原油中制取各類變壓器油，其工藝水平也不斷提升。而隨著對變壓器用油質(zhì)量及環(huán)保要求的提高，變壓器油的基礎(chǔ)油來源也不再局限于原油，出現(xiàn)了多種由非礦物油基礎(chǔ)油制造的變壓器油。
根據(jù)基礎(chǔ)油的來源，變壓器油主要可分為null變壓器油、植物油變壓器油、硅油變壓器油和合成酯[zhǐ]變壓器油四大類。
礦物油變壓器油的生產(chǎn)工藝歷經(jīng)20世紀(jì)60年代的酸堿-白土精制發(fā)展到70年代的溶劑白土精制工藝，再到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(jì)90年代以后，加氫技術(shù)在煉油工藝中得到重要應(yīng)用，變壓器油基礎(chǔ)油加工工藝逐漸向物理化學(xué)相結(jié)合的方法發(fā)展，加氫技術(shù)成為礦物油變壓器油的生產(chǎn)工藝發(fā)展方向。而隨著對變壓器用油質(zhì)量及環(huán)保要求的提高，閃燃點(diǎn)低、不易被生物降解的礦物油變壓器油的使用將會(huì)受到制約，高性能、更環(huán)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產(chǎn)品。
發(fā)展歷史
變壓器油
誕生
變壓器發(fā)明于1886年，當(dāng)時(shí)的變壓器都是干式變壓器。變壓器的運(yùn)行會(huì)產(chǎn)生熱量，隨著負(fù)載的增加，變壓器鐵芯和繞組的溫度會(huì)迅速升高。如果沒有足夠的冷卻，這些熱量會(huì)使變壓器過早老化，最終導(dǎo)致設(shè)備故障。當(dāng)時(shí)唯一使用的絕緣材料是空氣，限于空氣的散熱能力，干式變壓器難以實(shí)現(xiàn)高電壓與大容量。1887年，西屋電氣公司工程師埃利胡·湯姆森（Elihu THOMSON）申請了變壓器中使用礦物油的專利，解決了變壓器向更大功率發(fā)展的難題，開創(chuàng)了以油作為變壓器絕緣介質(zhì)的歷史。1892年，通用電氣生產(chǎn)出了第一臺(tái)用礦物油作冷卻劑的變壓器。
發(fā)展
19世紀(jì)末，受限于當(dāng)時(shí)的煉油工藝水平，變壓器油主要從環(huán)烷基原油中獲得，在近一個(gè)世紀(jì)里，從環(huán)基油中制取變壓器油被公認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)有效的方法。20世紀(jì)70年代石油危機(jī)以后，占全球原油不足10%的環(huán)烷基原油資源越來越少。為滿足世界電力工業(yè)高速發(fā)展對變壓器油的需求，發(fā)達(dá)國家如日本、德國、加拿大等早在20世紀(jì)中葉就開始研究從石蠟基、中間基原油中制取各類變壓器油。而變壓器油的生產(chǎn)工藝也不斷發(fā)展，經(jīng)歷了從釜式蒸餾工藝到采用物理加工方法的酸-堿-白土工藝和溶劑精制工藝，再到采用化學(xué)方法的加氫工藝這一歷程。而隨著對變壓器用油質(zhì)量及環(huán)保要求的提高，變壓器油的基礎(chǔ)油來源也不再局限于原油，變壓器油制造商們開發(fā)出了植物油變壓器油、硅油變壓器油、合成酯變壓器油等非礦物油變壓器油。
礦物油變壓器油的工藝
早期工藝
19世紀(jì)末的煉油工藝采用極其簡單的釜式蒸餾，要尋找一種傾點(diǎn)低、黏度較小的變壓器油，只能從蠟含量很少的環(huán)烷基原油中獲得，因此也無需經(jīng)過額外的脫蠟工序。
傳統(tǒng)工藝
20世紀(jì)60~70年代，變壓器油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝主要是酸-堿-白土工藝，其工序繁雜，時(shí)間長，產(chǎn)油率低，酸渣對環(huán)境有污染；20世紀(jì)70~80年代，變壓器油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝開始用以苯酚為主的溶劑精制-溶劑脫蠟-白土補(bǔ)充精制，提高了精制深度，使煉油工藝更加環(huán)保；20世紀(jì)90年代，以糠醛精制工藝代替了苯酚精制工藝，進(jìn)一步提高了基礎(chǔ)油精制深度，使所得到的油品的黏溫性能得到改善，并可以降低油品的殘?zhí)?/a>值和酸值，提高其化學(xué)穩(wěn)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獲得基礎(chǔ)油，基礎(chǔ)油的性能與煉油加工的原油性能密切相關(guān)。
加氫工藝
1960年，加氫處理技術(shù)開始在美國用于潤滑油的生產(chǎn)。1969年，法國石油研究院IFP開發(fā)了潤滑油加氫處理工藝，在西班牙普偉托利亞諾煉廠投產(chǎn)。美國海灣研究開發(fā)公司、雪佛龍股份有限公司和殼牌先后開發(fā)和工業(yè)化了自身的加氫處理工藝。1977年英國BP公司開發(fā)了第一套催化脫蠟裝置，在美國德州貝敦?zé)拸S投產(chǎn)。殼牌、雪佛龍和美孚開發(fā)了異構(gòu)脫蠟催化劑和工藝，生產(chǎn)高黏度指數(shù)基礎(chǔ)油。20世紀(jì)80年代中期，雪佛龍?jiān)谂f金山里奇蒙煉廠實(shí)現(xiàn)了世界上第一條全氫潤滑油基礎(chǔ)油生產(chǎn)線。
20世紀(jì)90年代以后，加氫技術(shù)在煉油工藝技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用，大型變壓器油生產(chǎn)商為適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展的需要，根據(jù)所加工原油的特點(diǎn)，引入了不同的加氫工藝。加氫工藝使煉油工藝從物理加工技術(shù)向物理化學(xué)加工技術(shù)或化學(xué)加工技術(shù)發(fā)展，從而使基礎(chǔ)油的性能發(fā)生了變化，具有低酸值、低傾點(diǎn)、無腐蝕性和更優(yōu)氧化安定性等特點(diǎn)，改變了傳統(tǒng)煉油工藝難以逾越的受原油種類限值的資源瓶頸，縮小了不同原油煉制的變壓器油基礎(chǔ)油的烴類組分差異，改善了變壓器油的性能。
非礦物油變壓器油發(fā)展
1929年，英國斯旺公司發(fā)明Askarel不燃油，主要成分是鹵代物多氯聯(lián)苯PCBs和三氯代苯的混合物。PCBs具有很高的化學(xué)穩(wěn)定性和電氣絕緣強(qiáng)度，但由于有毒而引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)保問題使發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)60年代開始禁用。
此后，各種不燃或難燃類變壓器油被開發(fā)出來。1950年后，美國成功開發(fā)出高燃點(diǎn)硅油型變壓器油；1977年，英國英國通用電氣公司將難燃的Midel7131合成酯成功應(yīng)用于變壓器；1980年后，英國成功開發(fā)了Formel不燃油；1990年后，美國DSI公司陸續(xù)成功開發(fā)出α油、β油、PAO等石油類難燃油系列產(chǎn)品。
20世紀(jì)末期，植物油變壓器油開始被應(yīng)用。美國于1996年完成第一臺(tái)采用天然酯絕緣油225kVA美式箱變樣機(jī)，瑞典ABB公司于1999年生產(chǎn)出第一個(gè)商品名為“BIOTEMP”的植物絕緣油變壓器，2000年美國庫柏公司開發(fā)了以大豆油為原料的FR3油，并成功應(yīng)用于配電變壓器，日本富士電機(jī)2002年也開發(fā)出小型、輕便及環(huán)保性能好的菜籽酯油配電變壓器。
從上述發(fā)展歷程可看出，一百多年來變壓器油在不斷的朝著不燃或難燃、環(huán)保無毒的方向發(fā)展。
分類
按照基礎(chǔ)油來源分類
根據(jù)基礎(chǔ)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四大類。
礦物油變壓器油
礦物油變壓器油應(yīng)用于油浸式變壓器中已有近百年的歷史，因其產(chǎn)量大、品質(zhì)好及技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)越而經(jīng)久不衰，且依舊是超高壓、特高壓電力變壓器理想的變壓器油。礦物油變壓器油主要由環(huán)烷基油和石蠟基油加工獲得，從分子結(jié)構(gòu)的角度來看，包括直鏈烷烴、異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴，它們在變壓器油中的作用各不相同。
直鏈烷烴凝點(diǎn)高，在高電壓場下易于產(chǎn)生氫氣，從經(jīng)濟(jì)和性能指標(biāo)等方面綜合考慮，一般不直接使用直鏈烷烴來生產(chǎn)變壓器油；異構(gòu)烷烴閃點(diǎn)高于170℃，凝點(diǎn)低，酸值低（小于0.001mg/g），氧化安定性較好，析氣性適中，適合用作變壓器油；環(huán)烷烴凝點(diǎn)低，但閃點(diǎn)也較低，析氣性適中，能達(dá)到變壓器油的電性能要求；芳香烴中的單環(huán)芳香烴具有良好的析氣性，可用于超高壓變壓器油，多環(huán)芳香烴和稠環(huán)芳香烴的氧化安定性差，且對人體的健康有影響，在變壓器油中應(yīng)除去。礦物油變壓器油的理想組分為異構(gòu)烷烴、環(huán)烷烴和少量的單環(huán)芳香烴。
雖然礦物油變壓器油是使用最多的變壓器油，但在使用過程中仍存在許多問題。首先，礦物油變壓器油的閃點(diǎn)較低（一般低于140℃），變壓器電弧的高溫作用會(huì)使其迅速分解氣化、閃燃，造成燃燒事故；其次，礦物油變壓器油不可再生，難生物降解，發(fā)生泄漏時(shí)易對環(huán)境造成污染。
植物油變壓器油
植物油變壓器油由天然油料作物經(jīng)壓榨，精煉和改性制備而成。植物油的主要成分是三酸甘油脂，不同植物油中所含的脂肪酸類型及含量差異較大，兼顧變壓器油的抗氧化性和低溫流動(dòng)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佳選擇。
與礦物油變壓器油相比，植物油變壓器油具有燃點(diǎn)高、電氣性能良好，原料來源廣闊，可再生和生物降解等優(yōu)勢；存在的問題主要體現(xiàn)在：（1）價(jià)格較高，約為礦物油變壓器油的3倍~4倍；（2）油品性能指標(biāo)不統(tǒng)一，相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)較少；（3）介質(zhì)損耗因數(shù)、含水量和運(yùn)動(dòng)黏度比礦物油變壓器油高；（4）存在氧化與凝膠現(xiàn)象；（5）植物油變壓器油運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)較少，工藝尚不完備等。這些問題都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有機(jī)硅化物液體，是有機(jī)硅聚合物的一種。硅油用做變壓器絕緣油，除了具有優(yōu)良的電絕緣性能外，還具有燃點(diǎn)高，凝點(diǎn)低，黏度隨溫度變化很小等優(yōu)點(diǎn)。
硅油變壓器油的黏度比礦物油變壓器油的黏度大1倍以上，會(huì)影響到變壓器的散熱。但硅油變壓器油冷油和熱油之間的密度差大于礦物油變壓器油，可加快在變壓器內(nèi)的熱虹吸對流速度，部分彌補(bǔ)了硅油變壓器油黏度大的缺點(diǎn)。與礦物油變壓器油相比，硅油變壓器油具有優(yōu)良的電絕緣性能，介質(zhì)損耗低，體積電阻率大，電氣強(qiáng)度高和運(yùn)行安全性好。但硅油變壓器油對局部放電或擊穿的分解物敏感，耐電火花的穩(wěn)定性較低，而且在擊穿電壓的重復(fù)作用下，絕緣強(qiáng)度會(huì)有所降低，因此，硅油變壓器油一般用于35kV以下容量的變壓器，且工作溫度不宜過高。
合成酯變壓器油
合成變壓器油是化學(xué)物質(zhì)合成出來的。它們是多羥基化合物和羧酸反應(yīng)的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)是由幾個(gè)酸分子通過化學(xué)鍵結(jié)合中央一個(gè)多羥基化合物構(gòu)成。分子鏈中羧酸通常是飽和的。這是合成酯性能穩(wěn)定的原因。合成酯油是具有防火性能高、環(huán)保性好且耐濕性卓越的高性能絕緣油。
合成酯變壓器油主要采用多元醇酯基礎(chǔ)油，較突出特點(diǎn)是具有良好的生物降解性，能在較短的時(shí)問內(nèi)被活性微生物（細(xì)菌）降解為二氧化碳和水，對環(huán)境無危害，特別適用于對環(huán)保要求較高的場合，如海上風(fēng)電場。
合成酯變壓器油的極性較強(qiáng)，對水分子有較強(qiáng)的親和力，但即使在水含量較高的情況下，合成酯變壓器油仍能保持較高的擊穿電壓，耐濕性比礦物油變壓器油和硅油變壓器油更強(qiáng)；另外，氧化試驗(yàn)表明，合成酯變壓器油的氧化誘導(dǎo)期（421min）比礦物油變壓器油的氧化誘導(dǎo)期（300min)更長，氧化安定性更優(yōu)。對延長變壓器的使用壽命、降低維護(hù)成本等方面也起到了重要的作用。
按燃點(diǎn)分類
變壓器油按燃點(diǎn)可分為高燃點(diǎn)變壓器油和傳統(tǒng)變壓器油。業(yè)內(nèi)通常將燃點(diǎn)高于300℃的變壓器油稱為高燃點(diǎn)油，已投入使用的高燃點(diǎn)變壓器油主要有β油、硅油、合成酯油等。而占市場份額八成以上的變壓器油燃點(diǎn)低于200℃，這類油也就是人們通常所說的傳統(tǒng)變壓器油。
主要功能
變壓器油主要用于油浸式電力變壓器、互感器、充油套管、油斷路器等電氣設(shè)備中，起絕緣、冷卻、保護(hù)、信息載體和滅弧等作用。變壓器油作為變壓器不可缺少的組成部分，對保障電力變壓器安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有不可替代的作用。
散熱冷卻作用
變壓器在帶電運(yùn)行過程中，由于線圈中有電流通過，線圈的“銅耗“和“鐵心損耗“均以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，致使熱量聚集，溫度上升。如果不設(shè)法散熱，必然會(huì)使線圈內(nèi)部溫度過高。當(dāng)溫度超過標(biāo)一數(shù)值時(shí)，會(huì)損壞線圈和鐵心間的固體絕紹材料，造成短路擊穿，損壞變壓器。變壓器油的比熱大，常用作冷卻劑。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升，通過油的上下對流，熱量通過散熱器散出，保證變壓器正常運(yùn)行。變壓器油的比熱容約為0.5（卡/克·度）。運(yùn)動(dòng)黏度較低，傳熱性能良好。只要充油設(shè)備具備良好的熱循環(huán)回路，就能達(dá)到冷卻散熱的目的。
絕緣作用
變壓器的絕緣介質(zhì)需要承受多種電壓的作用，包括長期的工作電壓和短時(shí)過電壓以及操作、雷電等沖擊電壓作用。為了保證順利通過試驗(yàn)，并保證長期運(yùn)行安全，對高電壓等級設(shè)備使用的絕緣介質(zhì)有較高的要求。油紙結(jié)合的絕緣結(jié)構(gòu)用于變壓器巳有百年以上的歷史。油無孔不入地浸入纖維絕緣介質(zhì)內(nèi)部，提高了纖維絕緣介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度，而紙（板）對油的屏障作用又提高了油隙的絕緣強(qiáng)度。變壓器油是碳?xì)浠衔铮Ｓ玫沫h(huán)烷基變壓器泉的主要成分是環(huán)烷烴。環(huán)烷烴分子通式為CnH2n，是封閉的環(huán)狀鏈，分子結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，不易破壞。其最大特點(diǎn)是介質(zhì)損耗因數(shù)小，絕緣強(qiáng)度高。空氣的介電常數(shù)為1.0，而變壓器油的介電常數(shù)為2.25。相比較而言，變壓器油的絕緣強(qiáng)度比空氣高很多。
保護(hù)作用
絕緣材料浸在變壓器油中，不僅可提高其絕緣強(qiáng)度，還可使其免受潮氣侵蝕，對其他絕緣材料也具有一定的保護(hù)作用。同時(shí)，變壓器油不會(huì)因受到空氣和水分的侵蝕而很快變質(zhì)，故能起到將鐵芯和線圈等組件與空氣和水分隔離的作用，避免其銹蝕或直接發(fā)潮。另外，變壓器油充填在絕緣材料的空隙中，可將易于氧化的纖維素所吸收的氧減少到最低限度，起到保護(hù)鐵心和繞組組件及防止固體絕緣材料氧化的作用。也就是說，變壓器油會(huì)與混入設(shè)備中的氧首先發(fā)生氧化反應(yīng)，從而延緩了氧對纖維絕緣材料的侵蝕，從而保證變壓器具有可靠的絕緣性能。
信息載體作用
隨著分析檢測新技術(shù)的不斷發(fā)展，通過分析變壓器油的某些性能來獲取信息，進(jìn)而可以診斷電氣設(shè)備內(nèi)部的潛在故障。這一特性被稱為變壓器油的信息載體作用。變壓器油分析項(xiàng)目及所含信息對照如下表。
滅弧作用
在油斷路器和變壓器的有載調(diào)壓開關(guān)上，觸頭切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧。由于變壓器油導(dǎo)熱性能好，且在電弧的高溫作用下能分解大量氣體，產(chǎn)生較大壓力，從而提高了介質(zhì)的滅弧性能，使電弧很快熄滅。
生產(chǎn)工藝
由石油煉制生產(chǎn)電力用油的工藝過程大致分為原油預(yù)處理、蒸餾、精制和調(diào)合等工序，最后得到成品油。變壓器油的工藝流程如下圖所示，主要使用了三種方法：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(jì)60~70年代，變壓器油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝主要以酸－堿－白土工藝為主，這一傳統(tǒng)方法包括用濃度為93％～98％的硫酸處理餾分油，繼之?dāng)嚢瑁嵩蛛x，堿中和、水洗和白土處理。這種工藝會(huì)對環(huán)境造成一定的污染，存在單位體積餾分的回收率低、造成資源浪費(fèi)等缺點(diǎn)。
溶劑精制法
溶劑精制法是通過原油常減壓蒸餾，切取不同黏度的常減壓餾分和減壓渣油作為潤滑油生產(chǎn)原料，而后通過溶劑脫瀝青、溶劑精制、溶劑脫蠟、白土補(bǔ)充精制將潤滑油基礎(chǔ)油中的非理想組分脫除，得到理想組分即潤滑油基礎(chǔ)油。根據(jù)所使用溶劑的不同，分為苯脫蠟－精制－白土工藝和酮苯脫蠟－白土工藝兩種。
酮苯脫蠟－苯酚精制－白土工藝
隨著原油性質(zhì)的不斷變化，酸堿精制工藝不再適應(yīng)變壓器油生產(chǎn)的需要。到20世紀(jì)70～80年代，變壓器油基礎(chǔ)油生產(chǎn)工藝逐漸發(fā)展為酮苯脫蠟－苯酚精制－白土工藝。原油經(jīng)過常減壓蒸餾后，先對餾分油作酮苯脫蠟和苯酚精制處理后，再經(jīng)處理，得到變壓器油的基礎(chǔ)油，進(jìn)而調(diào)合為成品油。
酮苯脫蠟－糠醛精制－白土工藝
到了90年代，糠醛精制工藝代替了苯酚精制工藝，提高了基礎(chǔ)油精制深度，這種工藝是在一定的溫度條件下，利用糠醛對餾分油中的理想成分溶解能力差，但對餾分油中非理想組分都能溶解在溶劑中的特性，從而將其分離出去，使所得到的油品的黏溫性能得到改善，并可以降低油品的殘?zhí)?/a>值和酸值，提高其化學(xué)穩(wěn)定性。
催化加氫工藝法
加氫技術(shù)是采用物理或化學(xué)方法，使原料中非理想組分分離除去或者轉(zhuǎn)化，使產(chǎn)品滿足使用性能的要求，基礎(chǔ)油加氫反應(yīng)一般分為3段，不同階段的反應(yīng)條件、目的及機(jī)理也不同。
第一段加氫：反應(yīng)條件較苛刻，其目的是使大部分非理想組分經(jīng)過加氫轉(zhuǎn)變?yōu)?a href="/hebeideji/7241066770059034636.html">環(huán)烷烴或烷烴等理想組分。例如，多環(huán)烴類加氫開環(huán)，形成少環(huán)長側(cè)鏈的烴；含硫、氮、氧的雜環(huán)化合物發(fā)生加氫分解反應(yīng)，脫除雜質(zhì)；稠環(huán)化合物加氫飽和生成稠環(huán)環(huán)烷烴等。
第二段加氫：其目的是為了改善產(chǎn)品的低溫性能。原料在催化劑的作用下發(fā)生加氫異構(gòu)化和加氫裂化反應(yīng)，使凝點(diǎn)較高的正構(gòu)烷烴轉(zhuǎn)化為凝點(diǎn)較低的異構(gòu)烷烴或低分子烷烴，從而達(dá)到降低凝點(diǎn)的目的。
第三段加氫：在前兩段加氫過程中，由于加氫裂化反應(yīng)產(chǎn)生少量的烯烴，以及由于芳香烴轉(zhuǎn)化反應(yīng)的熱平衡限制，一部分未能完全轉(zhuǎn)化的芳烴尚存在于加氫生成油中。這部分烯烴和芳烴的存在會(huì)影響基礎(chǔ)油的氧化安定性。因此，為了提高產(chǎn)品的氧化安定性，第三段加氫是在較低的溫度下對原料進(jìn)行精制，其主要反應(yīng)為烯烴和芳烴的加氫飽和反應(yīng)。
三段加氫工藝生產(chǎn)潤滑油基礎(chǔ)油的典型流程如下圖所示，從加氫精制后減壓病分餾出來的輕潤部分獲得變壓器油基礎(chǔ)油，然后經(jīng)調(diào)合成為成品油。
性能指標(biāo)
按照常用的變壓器油標(biāo)準(zhǔn)，其基本性能指標(biāo)主要分為物理性能、化學(xué)性能和電氣性能等三類指標(biāo)。
物理性能
運(yùn)動(dòng)粘度
變壓器油的主要功能之一是通過循環(huán)進(jìn)行傳導(dǎo)散熱，所以其粘度不宜過高，以免影響有效流動(dòng)和傳熱，一般要求40℃條件下運(yùn)動(dòng)粘度不大于12mm2/s，特殊品種的運(yùn)行粘度在8mm2/s左右。
傾點(diǎn)或凝固點(diǎn)
油品剛好能夠流動(dòng)的最低溫度稱為油品的傾點(diǎn)，而油品不能流動(dòng)的最高溫度稱之為凝固點(diǎn)簡稱（凝點(diǎn)）。兩者均是衡量油品低溫流動(dòng)性能的指標(biāo)，同一油品傾點(diǎn)一般較凝點(diǎn)高2~6℃。變壓器油的凝點(diǎn)或傾點(diǎn)是一項(xiàng)相當(dāng)重要的指標(biāo)，對于氣候寒冷的地區(qū)，低傾點(diǎn)或凝點(diǎn)具有特別重要的意義，直接關(guān)系到在極端條件下變壓器油能否正常流動(dòng)，能否確保變壓器安全。變壓器油的傾點(diǎn)或凝點(diǎn)是用戶根據(jù)變壓器使用的氣候條件選用變壓器油的重要依據(jù)，變壓器油標(biāo)準(zhǔn)中一般要求傾點(diǎn)不高于-40℃。
閃點(diǎn)
變壓器油的閃點(diǎn)是一項(xiàng)與安全有關(guān)的指標(biāo)。變壓器油運(yùn)行溫度一般不會(huì)超過100℃，為保證變壓器的運(yùn)行安全，IEC60296標(biāo)準(zhǔn)要求閃點(diǎn)不低于130℃，變壓器油閃點(diǎn)高于此值就足以保證安全。變壓器油的閃點(diǎn)還作為檢驗(yàn)油品在儲(chǔ)存和使用過程中有無污染、是否混油的參考依據(jù)。
密度
密度是單位體積油品的質(zhì)量，密度影響變壓器油熱傳導(dǎo)率，還用于確定油品在某些特殊場合是否適用。例如在嚴(yán)寒條件下，必須確保注油設(shè)備中的水結(jié)成的冰不會(huì)漂浮在油面上方引起放電，所以一般要求密度不大于895kg/m3。
界面張力
對新變壓器油，要求其界面張力不小于40mN/m，以表明其不存在極性物質(zhì)的污染。此試驗(yàn)還常用于對已使用一段時(shí)間的油品衰敗程度的判斷。
色度
色度是表征油品精制深度最直觀的指標(biāo)。但對于變壓器油來說，色度并非越小質(zhì)量越好，因?yàn)樽儔浩饔鸵蟮氖沁m度精制，精制深度過深或過淺均對油品的使用存在不利影響。而在變壓器運(yùn)在變壓器運(yùn)行中，變壓器油色度變化也可以反映油品的變質(zhì)程度，所以檢查運(yùn)行設(shè)備中的變壓器油時(shí)要檢測色度，色度上升表明變壓器油已有變質(zhì)。
水分
變壓器油應(yīng)盡量不含水分（只是相對而言，中國電力行業(yè)規(guī)定，最終注入500kV變壓器的油品，其含水量要小于10ug/g)，因?yàn)樗謱ψ儔浩饔偷膿舸╇妷河绊懮醮蟆偵a(chǎn)的變壓器油通常不含水分，其水分主要來自于空氣，水分含量會(huì)受到油中烴類組成成分的影響，芳香烴對水的溶解度最大，且隨溫度的升高而增加。在注入變壓器時(shí)，由于變壓器油中的水分與周圍空氣的水分是處于動(dòng)平衡狀態(tài)，所以通過普通的干燥系統(tǒng)不能完全清除油中的水分，只有利用真空系統(tǒng)配合吸附劑才能較理想地清除油中的水分。
苯胺點(diǎn)
該指標(biāo)間接表示油品的組成，芳香烴的苯胺點(diǎn)最低，石蠟烴的最高，環(huán)烷烴居中。ASTMD3487變壓器油標(biāo)準(zhǔn)要求苯胺點(diǎn)在63℃~84℃之間。一方面要求變壓器油要有足夠的芳香烴以保證抗析氣性能和溶解性能，同時(shí)也要限制芳香烴含量過高，以防止溶解變壓器中的絕緣漆并使氧化安定性變差。
溶解氣體
電力行業(yè)通過分析變壓器油中的特定氣體（如CO2、CO、H2、C2H2等）含量來推測變壓器故障的成因。因此變壓器制造商把溶解氣體作為進(jìn)廠變壓器油內(nèi)控項(xiàng)目來檢測，以排除其對變壓器故障檢測的干擾。
總呋喃（糠醛）含量
電力行業(yè)將糠醛含量作為運(yùn)行中的變壓器絕緣紙是否降解的標(biāo)志。因此，有些變壓器制造商將糠醛含量作為進(jìn)廠變壓器油內(nèi)控項(xiàng)目來檢測，在出廠時(shí)要嚴(yán)格控制變壓器油中的糠醛含量，也是為了排除對變壓器檢測的干擾。如BS148標(biāo)準(zhǔn)中要求總喃（糠醛）含量要小于1.0μg/g。
顆粒物
變壓器油中的顆粒物會(huì)嚴(yán)重影響其絕緣性能。如果新油顆粒污染太大，會(huì)使裝機(jī)前的處理難度加大。這就要求變壓器油制造商在生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸變壓器油的過程中避免固體顆粒物的污染。
多環(huán)芳烴含量
對于不加抗氧抑制劑的變壓器油來講，一定量的多環(huán)芳烴可以作為天然抗氧化劑在變壓器油中起到重要作用。但多環(huán)芳烴又是致癌物質(zhì)，在變壓器油中應(yīng)控制其含量，如BS148標(biāo)準(zhǔn)中要求多環(huán)芳烴含量要小于3.0%（以IP346二甲基亞砜不溶物來定義）。
化學(xué)性質(zhì)
酸值
酸值是變壓器油制造、使用中的一項(xiàng)重要指標(biāo)，酸值大小在一定程度上反映了油的精制深度和氧化程度，通常要求新油的酸值不大于0.03mgKOH/g。酸值也是判斷油品能否繼續(xù)使用的一項(xiàng)指標(biāo)。中國電力系統(tǒng)規(guī)定，在運(yùn)行中如果變壓器油酸值大于0.1mgKOH/g就需要對其進(jìn)行處理或換油。
腐蝕性硫
硫以不安定化合物和游離狀態(tài)的形式存在于變壓器油中時(shí)，會(huì)促進(jìn)有害皂類的形成和油的酸性反應(yīng)以及金屬的腐蝕，因此變壓器油不允許含有腐蝕性硫。
變壓器油抵抗氧化作用的能力稱為氧化安定性。變壓器油注入到變壓器油箱后，在運(yùn)行溫度條件下，因受電場、電弧、溶解在油中的氧氣及水分、雜質(zhì)和金屬催化劑等的作用，會(huì)發(fā)生氧化、裂解等化學(xué)反應(yīng)而變質(zhì)，生成過氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化產(chǎn)物，再經(jīng)過羥醛縮合而生成油泥等不溶物，這些氧化產(chǎn)物將對變壓器造成嚴(yán)重影響，因此變壓器油的氧化安定性是保證變壓器長期安全運(yùn)行的重要指標(biāo)。
電氣性能
擊穿電壓是衡量電器內(nèi)部耐受電壓而不被破壞的尺度，也是檢驗(yàn)變壓器油性能好壞的主要依據(jù)之一，干燥清潔的油品具有相當(dāng)高的擊穿電壓值。影響變壓器油擊穿電壓的主要因素有水分、雜質(zhì)等。變壓器油的擊穿電壓是靠有烴類分子的非離子性來維持的，當(dāng)油中含有游離水、溶解水或固體污染物時(shí)，由于這些雜質(zhì)都具有比油本身大的電導(dǎo)率和介電常數(shù)，它們在電場作用下會(huì)形成導(dǎo)電橋路，從而降低油的擊穿電壓。一般要求新變壓器油擊穿電壓不小于35MV/2.5m，經(jīng)過真空過濾脫氣加入變壓器前，其擊穿電壓都能達(dá)到70MV/2.5m。
脈沖擊穿電壓
直流脈沖和不均勻間隙的擊穿電壓性能與普通交流耐壓強(qiáng)度是大不相同的。其設(shè)計(jì)是模擬雷雨時(shí)閃電打擊一臺(tái)變壓器的情況，而這結(jié)果并不受正常擊穿電壓測試中的污染物所影響，主要取決于油品的精制程度和結(jié)構(gòu)組成。芳香烴含量越低，其脈沖擊穿耐壓數(shù)值越高。ASTMD3487標(biāo)準(zhǔn)要求的最低值為145MV/2.5m，一般變壓器油都可達(dá)到。
介質(zhì)損耗因數(shù)主要反映油中泄漏電流引起的功率損失，根據(jù)介質(zhì)損耗因數(shù)的大小可判斷變壓器油的劣化與污染程度。介質(zhì)損耗因數(shù)能反映出油中是否含有污染物質(zhì)和極性雜質(zhì)，一般來講，新油的極性雜質(zhì)含量很少，所以其介質(zhì)損耗因數(shù)也很小，當(dāng)變壓器油氧化、因過熱而引起劣化，或混入其它雜質(zhì)時(shí)，隨著油中極性雜質(zhì)或充電的膠體物質(zhì)含量增加，介質(zhì)損耗因數(shù)也會(huì)隨之增加。一般變壓器油經(jīng)過真空過濾脫氣加入變壓器前，其介質(zhì)損耗因數(shù)都能達(dá)到0.001以下。
析氣性
析氣性是指油在電場作用下產(chǎn)生氣體的傾向。變壓器油在電場的作用下，部分烴分子會(huì)發(fā)生裂解而產(chǎn)生氣體，由于氣體與油之間的電導(dǎo)率有很大的差異，在高電場的作用下，油中會(huì)產(chǎn)生氣隙放電現(xiàn)象，而有可能導(dǎo)致絕緣的破壞。這種現(xiàn)象在超高壓輸變電設(shè)備中顯得尤為突出。為克服這種傾向，對用于超高壓設(shè)備的油品提出更高的質(zhì)量要求，中國要求超高壓油的析氣性不大于+5。
體積電阻率
體積電阻率是導(dǎo)電率的倒數(shù)，變壓器油精制深度越深，絕緣性越好，體積電阻率就越高。影響體積電阻率的因素很多，當(dāng)有雜質(zhì)離子混入或受潮時(shí)，體積電阻率會(huì)大大降低；溫度對體積電阻率影響也很大，當(dāng)溫度升高時(shí)，形成介質(zhì)漏導(dǎo)的離子數(shù)及離子移動(dòng)的速度增大，體積電阻率隨之下降。在各國絕緣油標(biāo)準(zhǔn)中，日本的JISC2320中對油的體積電阻率提出了要求。根據(jù)不同類別和牌號，要求80℃體積電阻率分別不小于0.1x1012Q·cm、0.5x1012Q·cm和1x1012Q·cm。
油流帶電
當(dāng)通過導(dǎo)管輸送油時(shí)，其中帶負(fù)電荷的粒子可以被導(dǎo)管壁的物料吸附。這表示當(dāng)油離開導(dǎo)管時(shí)，油所帶的電荷是正電荷，這在變壓器運(yùn)行中是一個(gè)很嚴(yán)重的問題。一般來講，精制深度高、極性分子含量低的油中，其油流帶電是很低的。芳香烴本身對油流帶電影響并不十分明顯，但油中的堿性氮即使含量低至ug/g或ng/g級的水平，其影響都會(huì)很大。日本的變壓器制造商要求變壓器油制造商在變壓器油中加入苯并三氮唑（BTA)，以消除油流帶電。不同的變壓器制造商對BTA的加入量有不同的要求，日本三菱電氣要求加入30ug/g，而日本的東芝則要求加入10ug/g。
相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)
從國際變壓器油標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展情況看，IEC60296和ASTMD3487是國際上最通用的標(biāo)準(zhǔn)，大部分國家標(biāo)準(zhǔn)都是在此基礎(chǔ)上修改、采用和制定的。IEC60296標(biāo)準(zhǔn)是國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，國際電工委員會(huì)（IEC）成立于1906年，是世界上成立最早的國際性電工標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)有關(guān)電機(jī)工程學(xué)和電子工程領(lǐng)域中的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作。IEC標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)威性是世界公認(rèn)的，世界各國近10萬名專家在參與IEC的標(biāo)準(zhǔn)制定、修訂工作。國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC60296于2020年6月26日發(fā)布第五版本標(biāo)準(zhǔn)《電工流體電氣設(shè)備用礦物絕緣油》，該標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)大了適用范圍，明確了產(chǎn)品標(biāo)記，同時(shí)在技術(shù)指標(biāo)方面，對變壓器油的精制/穩(wěn)定性提出了更多、更嚴(yán)格的要求。
發(fā)展趨勢
加氫工藝
從技術(shù)進(jìn)步上看，世界范圍內(nèi)傳統(tǒng)煉油工藝進(jìn)展不大，而加氫工藝和催化劑技術(shù)得到了較快的發(fā)展，較多地采用加氫裂化/加氫處理-異構(gòu)脫蠟-加氫飽和的全氫工藝生產(chǎn)變壓器油基礎(chǔ)油，也有少數(shù)采用加氫處理與傳統(tǒng)工藝結(jié)合生產(chǎn)變壓器油基礎(chǔ)油。從基礎(chǔ)油的加工工藝的發(fā)展來看，基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)組成的發(fā)展趨勢是提高鏈烷烴含量、具有適宜的環(huán)烷烴含量或降低環(huán)烷烴含量、降低芳香烴含量或不含芳烴，如此制得的變壓器油基礎(chǔ)油更適合變壓器發(fā)展和變壓器油技術(shù)發(fā)展的要求。
從變壓器油標(biāo)準(zhǔn)的修訂更新來看，變壓器油先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高抗氧化性能、抗腐蝕性、低溫流動(dòng)性等要求，降低或不限制析氣性要求。這些變化也決定了變壓器油基礎(chǔ)油的煉油工藝的發(fā)展方向。
納米改性變壓器油
由于單純的礦物型變壓器油熱導(dǎo)率較低，將不同納米改性材料加入到礦物型變壓器油中，進(jìn)一步提高礦物型變壓器油的散熱性能和電氣性能的研究受到越來越廣泛的關(guān)注。納米改性變壓器油是指在變壓器油中添加納米顆粒，并形成穩(wěn)定的懸浮膠體，這些粒子的平均直徑為幾到幾十納米，比變壓器油中常見微粒小2到3個(gè)數(shù)量級。各項(xiàng)研究結(jié)果表明，通過納米材料改性的變壓器油在導(dǎo)熱性、電氣特性和抗老化等方面都具有較明顯的提高。
礦物油被替代
隨著對變壓器用油質(zhì)量及環(huán)保要求的提高，閃燃點(diǎn)低、不易被生物降解的礦物油變壓器油的使用將會(huì)受到制約，高性能、高標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油已成為電力行業(yè)發(fā)展的迫切需要。變壓器油將朝著不燃或難燃、低成本、更環(huán)保、綜合性能不亞于環(huán)烷基變壓器油的方向發(fā)展。
合成酯變壓器油綜合性能全面，除具有較好的耐火安全性能外，電氣絕緣性能、抗氧化性能、耐老化性能均較為出色，容易生物降解，環(huán)境友好，能適應(yīng)嚴(yán)格的環(huán)保要求；植物油變壓器油比礦物油變壓器油具有更好的防火性能和電氣性能，且能夠被生物降解，對環(huán)境無污染，但植物油變壓器油的黏度較大，易水解產(chǎn)生酸性物質(zhì)，且低溫性能較差。因此，植物油變壓器油還需進(jìn)一步化學(xué)改性，控制鏈長和不飽和度來提升相關(guān)性能。同時(shí)，還應(yīng)進(jìn)行相關(guān)添加劑(抗氧化劑、降凝劑等）的研究和開發(fā)。隨著這些產(chǎn)品的不斷完善，將會(huì)成為礦物油的替代產(chǎn)品。
相關(guān)制造商
尼那斯(Nynas)
Nynas公司將產(chǎn)品按照等級，共分為三大類，分別是超高等級產(chǎn)品、高等級產(chǎn)品和標(biāo)準(zhǔn)等級產(chǎn)品。其中超高等級產(chǎn)品共有4個(gè)，均是添加抑制劑，應(yīng)用在特殊需求設(shè)備中的變壓器油產(chǎn)品，這類產(chǎn)品具有很好的低溫特性，在很低的低溫環(huán)境下，變壓器仍可以正常啟動(dòng)，而不需要添加任何的降凝劑，并且具有優(yōu)異的熱量傳遞性以及抗氧化安定性，延長變壓器的使用壽命。高等級產(chǎn)品共有7個(gè)，符合國際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296 4.0版本，2012的是產(chǎn)品是Nytro Gemini X和Nytro Lyra X，而Nytro 11GBXUS、Nytro Orion Ⅱ、Nytro Izar Ⅱ、Nytro IzarⅠ 和Nytro Bear均符合美國實(shí)驗(yàn)材料協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ASTM D3487。這類產(chǎn)品由于經(jīng)過了加氫精制，油品有很好的抗氧化劑感受性，因而具有優(yōu)異的抗氧化安定性，減少了變壓器的維護(hù)次數(shù)。標(biāo)準(zhǔn)等級產(chǎn)品共有兩個(gè)，均是不加抑制劑，符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296 4.0版本，2012的變壓器油產(chǎn)品。這類產(chǎn)品由于油品本身具有天然的抗氧劑，氧化安定性比較好。
殼牌（Shell)
殼牌大雅納絕緣油系列產(chǎn)品中，S2 ZU-I Dried和S2 ZU-I均是不含抗氧劑，符合IEC 60296的產(chǎn)品，S3 ZX-IG和S3 ZX-IG Dried均是含抗氧劑，具有優(yōu)良的析氣性能和電氣性能，同時(shí)符合標(biāo)準(zhǔn)IEC 60296的產(chǎn)品。
中國石油
中國石油昆侖系列變壓器油是由適度精制的環(huán)烷基基礎(chǔ)油加入一定量的抗氧添加劑調(diào)配而成，具有傳熱迅速、氧化安定性好，溶解性能好，電氣性能優(yōu)異等特點(diǎn)。產(chǎn)品牌號KI25X、KI45X、KI50GX、KI50X均滿足中國標(biāo)準(zhǔn)GB2536-2011中特殊技術(shù)要求的變壓器油。其中KI50GX、KI50X適用于特高壓直流、高壓直流換流變壓器等直流電氣設(shè)備，也可以用于特高壓交流、超高壓交流及高壓交流變壓器等交流電氣設(shè)備。產(chǎn)品牌號Petro45X滿足標(biāo)準(zhǔn)IEC60296一2012中特殊技術(shù)要求的變壓器油。
參考資料 >
Course: Transformer oil.transformers-magazine.com.2023-11-29
Mineral oils.transformers-magazine.com.2023-11-13
電器絕緣用油.kunlunlube.cnpc.com.cn.2023-12-08
FR3天然酯.www.xiank-power.com.2023-12-08
Silicone Transformer Oil, Packaging Type: Barrel.pdf.indiamart.com/.2023-12-08
MIDEL 7131 SYNTHETIC ESTER TRANSFORMER FLUID.insulect.com/.2023-12-08