浅谈纳米改性变压器油实验研究

【摘 要】在电力系统输变电过程中，变压器油作为电力变压器中重要的绝缘介质，承担了散热和绝缘的双重任务。纳米流体作为一种新型的复合材料具有其独特的性能，纳米颗粒加入变压器油中有提高绝缘油性能的作用，优化以往的普通绝缘油，以形成新的绝缘系统。为了研究纳米颗粒的加入对绝缘油性能的影响，需要从实验的角度去进行分析。

【关键词】纳米流体 绝缘油 加速热老化

1 实验研究的背景

在电力系统输变电过程中，变压器作为电能传输的重要环节，担任着改变电压等级、服务电能传输的重要使命，其安全稳定运行关系到整个电网的稳定运行。大量针对变压器的故障研究根据国内外的变压器运行统计来看，容量和电压较高的变压器故障率也较高，并且表明：因变压器绝缘问题造成变压器的故障是变压器故障的最重要类型之一，尤其是随着电力系统的电压等级越来越高，长期运行在电力系统中的变压器绝缘特性的逐步恶化问题显得更加突出。因此，改善变压器运行的绝缘特性，抑制变压器内绝缘老化，从而减少绝缘故障。

电网中的主要核心变压器大都是液浸式的，它们的运行状态若是有安全隐患，就会明显影响到电网运行的稳定性和安全性，液浸式电力变压器的主绝缘目前基本都是使用技术相对成熟的油纸绝缘，绝缘油在主绝缘中担任绝缘和散热的重要角色。虽然油纸绝缘的技术相对成熟，运用也相当的多，但是随着工作时间的增长，在高强的电磁场和高温等作用下，油纸绝缘的寿命也逐渐缩短，各种老化问题也相继出现，而其中对绝缘寿命影响最大的就是高温热老化，老化会造成变压器主绝缘的机械性能下降，使得在突发外部短路故障情况下，线圈极容易发生变形而导致绝缘纸受到机械损坏、丧失绝缘能力并最终引发事故。为了解决这一问题，近年来对绝缘油的优化研究比较火热，而纳米流体作为一种新型的复合材料具有其独特的性能，国内外研究也表明纳米颗粒的加入确有提高绝缘油性能的作用。因此，许多电力工作者也尝试着将纳米材料添加到绝缘油中，优化以往的普通绝缘油，以形成新的绝缘系统。

2 纳米改性变压器油的制备

（1）表面改性。改性物质为六甲基二硅氮烷，加入后其在二氧化硅表面水解，反应取代二氧化硅表面其中一个羟基。将适量的二氧化硅放入三口瓶容器中，搅拌、加热并恒温放置一段时间。再取一定量乙醇置于三口瓶中，搅拌分散均匀后加入六甲基二硅胺烷，升温至回流温度进行反应。反应完毕后，用乙醇离心洗涤3次所得悬浮液，并将其干燥至重量恒定即得改性二氧化硅纳米颗粒。

（2）强力机械搅拌。调节搅拌器转速逐渐升至1600r/min，时间30分钟，搅拌完成后，密闭封装，置于阴凉干燥处静置。搅拌装置和制作得到的不同浓度的改性油。

（3）超声分散。将机械搅拌后的纳米油进行超声分散，以去除机械搅拌过程中溶入的气泡。放入超声仪器中设置功率180W去气泡30分钟。

（4）分子筛。采用3A型分子筛对纳米油进行脱水处理，将分子筛加热至300℃进行活化处理，持续3-4小时，然后隔绝空气冷至室温。将分子筛加入纳米油，静置24小时，再将分子筛去除即得纳米改性变压器油。

3 分析纳米改性变压器油的稳定性

影响改性油的两个因素：一是改性所用纳米颗粒的表面特性，即纳米颗粒的亲油性强弱；二是改性所用纳米颗粒的平均粒径大小，粒径越大，纳米颗粒越容易沉降，改性纳米油越不稳定，粒径越小，在变压器油中纳米颗粒越不容易沉降，改性纳米油越稳定。所以，此次用的亲油性纳米二氧化硅的粒径为7nm左右，粒径非常小，分散在变压器油中稳定性非常好，放置长久时间也不会出现沉降现象。

4 加速热老化实验

研究纳米颗粒对变压器油的老化特性的影响，需要进行老化实验，对比分析得到不同特征参数随老化时间的变化情况。

（1）实验设计。选取新疆克拉玛依25号矿物变压器油，并采用100℃作为试验温度，放置于老化箱中，选取7天为一个测试周期共35天。在进行加速热老化实验时，变压器油的闪点温度为150℃左右，如果油的温度在闪点温度或者更高，油就可能蒸发而体积膨胀，这对于变压器来说是非常危险，可能引发爆炸。而温度过高或者过低，老化机理可能与实际情况不符，这样就失去了实验研究的意义。

（2）实验数据测量。对于实验特征参数的测量，根据实验室的具体情况，部分参数选用高性能仪器测试，采用标准测量方法，对微水含量、酸值、击穿电压、介质损耗和电阻率进行人工测试。

（3）测量结果对比分析。除了单独的分析老化前和老化后参量的变化情况，还对两者进行了对比分析。一是介质损耗因数测量，改性后的变压器油相对于纯油要小，绝缘性能更好，在整个老化的过程中变化幅度也较小，说明更加抗热老化；二是击穿电压测量，改性油较纯油要高出许多，下降程度比纯油要小；三是酸值方面，两者测量值相差较小，变化趋势也相近，各周测量值变化不大，波动较大，一方面由于滴定的误差，另一方面也是由于老化时间可能不够导致酸值变化不是很大；四是微水含量方面，都是随老化时间增加呈下降趋势，不同油样的微水含量相差不大，而纳米颗粒浓度较高的改性油反而比浓度低的微水含量要高，证明纳米二氧化硅具有亲水性，所以带入的初始水含量较高。

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作者简介：陈晶晶（1984—），女，汉族，河南开封人，研究生，工程师，从事电气试验工作。