植物油作為一種綠色環(huán)保的液態(tài)絕緣介質(zhì)，具有優(yōu)越的阻燃性、耐熱性和絕緣性能，可大幅度提高變壓器的絕緣壽命以及供電的可靠性。植物油的自然降解率可達97%以上，并且可再生能力極強。植物油變壓器的應(yīng)用具有十分顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。

DPE絕緣紙是由100%天然木質(zhì)纖維制作而成的，是一種專門應(yīng)用于配電變壓器高壓線圈層間及高低壓線圈間絕緣的新型絕緣紙（如圖1），DPE絕緣紙具有更強的電氣性能、干燥用時短、浸油速度快、耐熱等級高等特性，這些特性可以優(yōu)化變壓器的整體設(shè)計，縮短變壓器的干燥以及浸油時間，進而節(jié)約生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的市場競爭力。

圖1    DPE絕緣紙以及使用DPE制造的變壓器線圈

植物油燃點和閃點高，完全滿足高絕緣耐熱等級的要求。植物油與高耐溫的固體絕緣材料配合組成的變壓器絕緣系統(tǒng)，可提高植物油變壓器的溫升限值，從而提高變壓器的過載能力和使用壽命，經(jīng)優(yōu)化設(shè)計后，還可以降低變壓器的重量和體積，進而降低變壓器的生產(chǎn)成本，有利于植物油變壓的推廣和應(yīng)用。

DPE絕緣紙屬于B級（130℃）固體絕緣材料。在植物油中，DPE絕緣紙的耐溫可達140℃。在植物油變壓器中，DPE絕緣紙允許的最大溫升為85℃，線圈最熱點溫度為120℃，絕緣系統(tǒng)溫度為140℃（如圖2）。

圖2 基于IEEE標(biāo)準(zhǔn)要求測定的DPE絕緣紙耐熱性能

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC60076-14，在天然脂（植物）絕緣油中，耐熱絕緣紙和DPE絕緣紙在變壓器頂層油溫、平均線圈溫升、線圈熱點的最大溫升值對比（如圖3）。從圖表上看，耐熱絕緣紙（耐溫120℃）在平均線圈溫升（K），線圈熱點溫升（K）均低于DPE絕緣紙(耐溫140℃)在變壓器相應(yīng)位置的溫升限值20K。較高的溫升限值，因此變壓器經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計后，可以有效縮小變壓器線圈的體積，降低電磁線的用量，從而降低變壓器的生產(chǎn)成本；同時，較小的變壓器線圈可以縮小變壓器的外殼、降低變壓器油使用量，進一步降低生產(chǎn)成本。

圖3 天然脂（植物）絕緣油系統(tǒng)中耐熱絕緣紙和DPE絕紙最大溫升值對比

實驗研究表明，最終決定絕緣紙機械強度的，是絕緣紙紙漿纖維間的結(jié)合力，纖維間的結(jié)合越充分越緊密，結(jié)合力就越強，絕緣紙的機械強度也就越高。DPE絕緣紙由于為100%天然木質(zhì)纖維，木漿纖維之間結(jié)合充分緊密，使得DPE絕緣紙基紙具有優(yōu)良的機械性能。優(yōu)良的機械性能是作為變壓器高壓線圈層間絕緣材料的先決條件。在變壓器運行過程中，線圈層間絕緣材料所在的位置將會承受多個方向的電磁力，特別是短時過載運行或者突發(fā)電路情況下，對絕緣紙的機械性能要求更高，因此使用DPE絕緣紙對于植物油變壓器的穩(wěn)定運行有非常重要的意義。DPE絕緣紙采用多層結(jié)構(gòu)制作而成，可以大幅度提高絕緣紙內(nèi)部紙漿分布的均勻度，可以做到幾乎無針孔，具有良好的介電性能；同時，多層結(jié)構(gòu)也為DPE絕緣提供了優(yōu)良的抗張強度（縱向）、撕裂強度（橫向）以及耐破強度。

植物油的主要成分是甘油三酸酯，甘油三酸酯中含有羥基和羰基等親水基團，具有良好的水分吸附效應(yīng)。在相同溫度下，天然酯植物油的相對飽和含水量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于礦物油，當(dāng)含水量超過500ppm后，天然酯植物油中的水分含量達到相對飽和，水分會從溶解水轉(zhuǎn)變成分散水，在電場的作用下發(fā)送極化，沿著電場分布形成電場小橋，使得擊穿電壓降低（如圖4）。

圖4 擊穿電壓與含水量的相關(guān)性

在變壓器絕緣系統(tǒng)中，絕緣紙水分含量是決定電氣性能強弱的主要因素之一，水分含量越低，絕緣紙的電氣性能越強（如圖5）。

圖5 固體絕緣材料含水量和電氣強度的相關(guān)性

在獨特的工程合成以及制造工藝幫助下，DPE絕緣紙的初始含水量低于傳統(tǒng)絕緣紙，脫水速度也高于傳統(tǒng)絕緣紙。DPE絕緣的紙烘干速度比傳統(tǒng)絕緣紙烘干速度快20%-30%（如圖6），在相同的烘干時間內(nèi)，DPE絕緣紙具有更高的干燥程度，其電氣性能也更強。由于絕緣紙采用天然木質(zhì)纖維為基礎(chǔ)原材料，相對于植物油，DPE絕緣紙的吸水能力更強，因此變壓器浸入植物油后，DPE絕緣紙可以吸收植物油中的散水，降低植物油的含水量，進而提高植物油的擊穿電壓，提高變壓器絕緣系統(tǒng)的絕緣強度。因此，使用DPE絕緣紙可以改善因植物油含水量高而導(dǎo)致的變壓器壽命以及可靠性降低等問題。

圖6 應(yīng)用DPE絕緣紙與牛皮紙變壓器干燥時間對比

國內(nèi)外學(xué)者經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，固體絕緣材料老化到一定程度后，植物油浸絕緣材料的老化速度明顯低于礦物油浸絕緣材料，而在絕緣材料的壽命末期，其將會失去大部分機械性能，固體絕緣材料會非常易碎。在變壓器運行過程中，其內(nèi)部的油浸絕緣紙會受到熱、電、振動等方面的影響，使得油浸絕緣紙容易損壞或者被擊穿，而且很難更新或替代。因此，變壓器的理論運行壽命實際上是由變壓器中固體絕緣材料的使用壽命決定。根據(jù)IEC60076-14標(biāo)準(zhǔn)，基于大量的絕緣紙老化實驗證明，高耐熱等級的絕緣紙在植物油中展現(xiàn)了更優(yōu)良的壽命特性(如圖7)。

圖7 絕緣系統(tǒng)壽命曲線和耐熱指數(shù)

固體絕緣材料中的含水量是決定其使用壽命的一個主要因素之一，在相同的運行溫度下，固體絕緣材料中的含水量越低，其使用壽命越強（如圖9）。由于DPE絕緣紙干燥速度比傳統(tǒng)絕緣材料高25%-30%，在相同的烘干時間內(nèi)，DPE絕緣紙的含水量更低，其使用壽命也更長，變壓器的運行壽命以及可靠性也更強。

圖8 固體絕緣材料含水量和使用壽命的相關(guān)性

變壓器器身浸油一般在室溫環(huán)境（25℃）下進行。在室溫條件下，天然酯植物油的黏度約是礦物油粘度的3倍（如圖9）。目前對于因植物油較高的黏度而造成變壓器散熱性能下降的問題，主要采用了以下兩種方式來解決：(1) 采用更高耐熱等級的固體絕緣材料；（2）優(yōu)化或增設(shè)變壓器散熱結(jié)構(gòu)，采用強油循環(huán)冷卻，顯而易見，采用更高耐熱等級的絕緣材料，對于生產(chǎn)商而言，無疑會降低變壓器的生產(chǎn)成本。

圖9 絕緣液體粘度與溫度的相關(guān)性

DPE具有優(yōu)良的吸油特性，無論在礦物油中還是在植物油中，DPE絕緣紙的吸油速度均比傳統(tǒng)絕緣紙快25%左右（如圖10），使用DPE絕緣紙無疑會大大降低植物油變壓器浸油時間，提升變壓器的生產(chǎn)效率，這種特性對于高粘度的植物油變壓器更為重要。由于DPE絕緣紙吸油速度高，在相同的注油/浸油條件下，使用DPE絕緣紙可以降低變壓器浸油時間，提升變壓器的生產(chǎn)效率。絕緣紙經(jīng)充分浸油后，其絕緣性能以及使用壽命要遠(yuǎn)高于未經(jīng)浸油的絕緣紙，因此在相同的浸油時間內(nèi)，DPE絕緣紙比傳統(tǒng)絕緣紙吸油更充分，相比傳統(tǒng)的絕緣紙，DPE在植物油中具有更強的耐電性能以及更長的使用壽命，使用DPE制造的植物油變壓器也具有更強的可靠性以及更長的使用壽命。

圖10 DPE絕緣紙與傳統(tǒng)絕緣紙吸油速度對比

 

已經(jīng)有數(shù)十家變壓器制造商成功的將DPE絕緣紙應(yīng)用于植物油變壓器的絕緣系統(tǒng)，并且通過了相關(guān)的認(rèn)證實驗。DPE絕緣紙以其優(yōu)良的性能，獲得了變壓器制造商的廣泛好評。采用由DPE絕緣紙和植物油構(gòu)成的油紙絕緣系統(tǒng)的配電變壓器，能夠有效提高變壓器的抗過載能力、降低變壓器損耗、提高絕緣壽命、提升供電的可靠性，符合國家配電變壓器能效提升計劃的要求，對國家全面推廣應(yīng)用環(huán)保、高效的植物油變壓器的應(yīng)用具有重要意義。

來源：魏德曼

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