一般礦物油變壓器使用壽命為20至30年。重慶電科院通過多年技術攻關，研制出抗老化三元混合絕緣油，可延長變壓器的使用壽命。相關成果已在重慶電網試點應用。
7月6日，在重慶110千伏桃花變電站，國網重慶市電力公司電力科學研究院混合絕緣油項目團隊成員通過查看光纖測溫等傳感器數據，監測分析國內首臺110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行情況。
這臺變壓器由重慶電科院聯合變壓器設備廠家生產，5月初投運。變壓器使用的抗老化三元混合絕緣油由重慶電科院自主研發，具有抗老化、低黏度、低介質損耗、綠色環保等特點，關鍵性能指標優于國外混合絕緣油產品，可直接應用于新舊礦物油變壓器，延長變壓器的使用壽命，提升變壓器安全性能。
配制混合絕緣油
延緩“油-紙”絕緣系統老化
大部分礦物油變壓器運行20至30年，就會因內部“油-紙”絕緣系統性能降低而需要更換絕緣油，甚至直接退出運行。目前，運行15至20年的礦物油變壓器數量迅速增長，絕緣老化會增加變壓器運行風險。
2012年，重慶電科院開始研究新型絕緣油技術，以電氣、化學、物理、材料多學科交叉創新為牽引，研究礦物油、合成油、植物油等絕緣油材料的優缺點，確定了研發混合絕緣油、實現單一絕緣油性能優勢互補的思路。研發人員通過模擬微觀分子結構等方法，從十幾種植物油中篩選出大豆油，并將大豆油與礦物油混合，研發出可延長變壓器壽命、能夠在現場直接換裝的混合絕緣油。2014年5月至今，混合絕緣油在國網重慶電力12臺10千伏新舊變壓器中直接灌裝使用，這些變壓器運行狀況良好。
2017年1月，國家電網有限公司“領軍人才”、重慶電科院副總工程師王謙牽頭申報了公司科技項目“混合絕緣油變壓器關鍵技術研究”，進一步提升混合絕緣油的性能。為降低混合絕緣油的黏度和酸值，項目團隊針對植物油的主要成分天然酯開展深入研究，通過分子角度的酯交換反應，將長鏈天然酯解離為短鏈脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同時利用無水乙醇萃取天然酯來降低酸值，最終使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，項目團隊又升級了混合絕緣油配方，將礦物油、大豆油和棕櫚油混合，研發出黏度低、介質損耗低、氧化安定性強的抗老化三元混合絕緣油，并將這種新型混合絕緣油應用于35千伏新舊變壓器中。
試驗驗證，針對新變壓器，絕緣紙在抗老化三元混合絕緣油中的老化速率僅為在礦物油中的52%；舊變壓器換裝抗老化三元混合絕緣油與換裝礦物油相比，絕緣紙的老化速率降低65%。“我們通過X射線光電子能譜及紅外光譜聯合分析，發現大豆油和棕櫚油混合生成的新基團起到了進一步延緩‘油-紙’絕緣系統老化的作用。”項目團隊成員之一、重慶電科院設備狀態評價中心變電技術室專責劉熊說。
開展模擬試驗
完善混合絕緣油變壓器運維技術
在抗老化三元混合絕緣油研發過程中，項目團隊攻克多項技術難題，掌握了可延長變壓器運行壽命的前沿技術。
“我們首先在實驗室中開展模擬試驗，再批量生產抗老化三元混合絕緣油。但首次批量生產并不像模擬試驗那樣順利。”劉熊說。
劉熊和團隊成員在實驗室驗證了抗老化三元混合絕緣油的混合流程，優化了混合方案，但在變壓器設備廠家開展10噸絕緣油混合調配時，出現了絕緣油微水超標的現象。項目團隊對原材料、混合比例、抗氧化劑添加流程、濾油方式等逐一排查，經過7天的試驗和分析，發現是濾油設備參數設置問題導致了絕緣油混合后微水超標。隨后，他們調整了濾油設備參數，再次過濾調配的混合絕緣油，最終使混合絕緣油各項參數滿足了要求。
測試絕緣油中溶解氣體的成分和含量可以診斷變壓器內部發生的故障。但由于混合絕緣油與礦物油成分存在差異，傳統應用于礦物油變壓器的診斷方法不能直接應用于混合絕緣油變壓器。項目團隊模擬了混合絕緣油變壓器熱故障及放電故障等，研究不同故障中油中溶解氣體的成分、含量等情況，提出了根據混合絕緣油中溶解氣體來診斷變壓器故障的方法。
“我們開展了一系列模擬試驗，跟蹤收集大量運行數據，完善了抗老化三元混合絕緣油變壓器狀態評估、故障診斷和運維技術，為混合絕緣油變壓器運維提供了依據。”王謙介紹。
抗老化三元混合絕緣油變壓器壽命是傳統礦物油變壓器壽命的1.5倍以上，即變壓器的服役年限延長了。同時，與礦物油相比，三元混合絕緣油的生物降解率提升了25%，更加綠色環保。
2020年6月19日，重慶市科技成果轉化促進會組織專家對抗老化三元混合絕緣油技術開展評價，相關專家認為該技術達到了國際領先水平。
向更高電壓等級邁進
提升變壓器耐高溫性能
2022年迎峰度夏期間，重慶最高氣溫超過40攝氏度。持續高溫大負荷導致國網重慶電力110千伏及以上重載變壓器增多，給電網安全穩定運行帶來挑戰。
“為了應對高溫大負荷，我們必須盡快提升主變壓器的耐高溫性能，延緩變壓器的‘油-紙’絕緣系統老化速率。”王謙介紹，項目團隊決定向延長高電壓、大容量主變壓器壽命技術進軍。
隨后，項目團隊先后申報了國網重慶電力科技項目“智能型高電壓等級（110千伏）混合絕緣油變壓器及其工程應用研究”，以及公司科技項目“長壽命、低碳型高壓大容量混合絕緣油變壓器關鍵技術及工程應用”。
今年5月3日，經過項目團隊近一年的努力，110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器在桃花變電站應用。同時，項目團隊在該變壓器的內部繞組易發熱點裝設了光纖測溫等傳感器，為實時了解、掌握抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行特性提供了數據支撐。
目前，重慶電網有1臺110千伏、3臺35千伏和22臺10千伏新舊變壓器使用了抗老化三元混合絕緣油。項目團隊還在研制220千伏大容量混合絕緣油變壓器樣機。
抗老化三元混合絕緣油技術的升級及應用推動了變壓器核心材料技術的進步，促進了變壓器行業綠色轉型。截至5月底，項目團隊獲得國家發明專利授權11項，累計發表論文32篇。項目成果還獲得了重慶市技術發明獎一等獎。
7月6日，在重慶110千伏桃花變電站，國網重慶市電力公司電力科學研究院混合絕緣油項目團隊成員通過查看光纖測溫等傳感器數據，監測分析國內首臺110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行情況。
這臺變壓器由重慶電科院聯合變壓器設備廠家生產，5月初投運。變壓器使用的抗老化三元混合絕緣油由重慶電科院自主研發，具有抗老化、低黏度、低介質損耗、綠色環保等特點，關鍵性能指標優于國外混合絕緣油產品，可直接應用于新舊礦物油變壓器，延長變壓器的使用壽命，提升變壓器安全性能。
配制混合絕緣油
延緩“油-紙”絕緣系統老化
大部分礦物油變壓器運行20至30年，就會因內部“油-紙”絕緣系統性能降低而需要更換絕緣油，甚至直接退出運行。目前，運行15至20年的礦物油變壓器數量迅速增長，絕緣老化會增加變壓器運行風險。
2012年，重慶電科院開始研究新型絕緣油技術，以電氣、化學、物理、材料多學科交叉創新為牽引，研究礦物油、合成油、植物油等絕緣油材料的優缺點，確定了研發混合絕緣油、實現單一絕緣油性能優勢互補的思路。研發人員通過模擬微觀分子結構等方法，從十幾種植物油中篩選出大豆油，并將大豆油與礦物油混合，研發出可延長變壓器壽命、能夠在現場直接換裝的混合絕緣油。2014年5月至今，混合絕緣油在國網重慶電力12臺10千伏新舊變壓器中直接灌裝使用，這些變壓器運行狀況良好。
2017年1月，國家電網有限公司“領軍人才”、重慶電科院副總工程師王謙牽頭申報了公司科技項目“混合絕緣油變壓器關鍵技術研究”，進一步提升混合絕緣油的性能。為降低混合絕緣油的黏度和酸值，項目團隊針對植物油的主要成分天然酯開展深入研究，通過分子角度的酯交換反應，將長鏈天然酯解離為短鏈脂肪酸乙酯，降低了天然酯黏度，同時利用無水乙醇萃取天然酯來降低酸值，最終使天然酯黏度降低84%、酸值降低96%。
2018年，項目團隊又升級了混合絕緣油配方，將礦物油、大豆油和棕櫚油混合，研發出黏度低、介質損耗低、氧化安定性強的抗老化三元混合絕緣油，并將這種新型混合絕緣油應用于35千伏新舊變壓器中。
試驗驗證，針對新變壓器，絕緣紙在抗老化三元混合絕緣油中的老化速率僅為在礦物油中的52%；舊變壓器換裝抗老化三元混合絕緣油與換裝礦物油相比，絕緣紙的老化速率降低65%。“我們通過X射線光電子能譜及紅外光譜聯合分析，發現大豆油和棕櫚油混合生成的新基團起到了進一步延緩‘油-紙’絕緣系統老化的作用。”項目團隊成員之一、重慶電科院設備狀態評價中心變電技術室專責劉熊說。
開展模擬試驗
完善混合絕緣油變壓器運維技術
在抗老化三元混合絕緣油研發過程中，項目團隊攻克多項技術難題，掌握了可延長變壓器運行壽命的前沿技術。
“我們首先在實驗室中開展模擬試驗，再批量生產抗老化三元混合絕緣油。但首次批量生產并不像模擬試驗那樣順利。”劉熊說。
劉熊和團隊成員在實驗室驗證了抗老化三元混合絕緣油的混合流程，優化了混合方案，但在變壓器設備廠家開展10噸絕緣油混合調配時，出現了絕緣油微水超標的現象。項目團隊對原材料、混合比例、抗氧化劑添加流程、濾油方式等逐一排查，經過7天的試驗和分析，發現是濾油設備參數設置問題導致了絕緣油混合后微水超標。隨后，他們調整了濾油設備參數，再次過濾調配的混合絕緣油，最終使混合絕緣油各項參數滿足了要求。
測試絕緣油中溶解氣體的成分和含量可以診斷變壓器內部發生的故障。但由于混合絕緣油與礦物油成分存在差異，傳統應用于礦物油變壓器的診斷方法不能直接應用于混合絕緣油變壓器。項目團隊模擬了混合絕緣油變壓器熱故障及放電故障等，研究不同故障中油中溶解氣體的成分、含量等情況，提出了根據混合絕緣油中溶解氣體來診斷變壓器故障的方法。
“我們開展了一系列模擬試驗，跟蹤收集大量運行數據，完善了抗老化三元混合絕緣油變壓器狀態評估、故障診斷和運維技術，為混合絕緣油變壓器運維提供了依據。”王謙介紹。
抗老化三元混合絕緣油變壓器壽命是傳統礦物油變壓器壽命的1.5倍以上，即變壓器的服役年限延長了。同時，與礦物油相比，三元混合絕緣油的生物降解率提升了25%，更加綠色環保。
2020年6月19日，重慶市科技成果轉化促進會組織專家對抗老化三元混合絕緣油技術開展評價，相關專家認為該技術達到了國際領先水平。
向更高電壓等級邁進
提升變壓器耐高溫性能
2022年迎峰度夏期間，重慶最高氣溫超過40攝氏度。持續高溫大負荷導致國網重慶電力110千伏及以上重載變壓器增多，給電網安全穩定運行帶來挑戰。
“為了應對高溫大負荷，我們必須盡快提升主變壓器的耐高溫性能，延緩變壓器的‘油-紙’絕緣系統老化速率。”王謙介紹，項目團隊決定向延長高電壓、大容量主變壓器壽命技術進軍。
隨后，項目團隊先后申報了國網重慶電力科技項目“智能型高電壓等級（110千伏）混合絕緣油變壓器及其工程應用研究”，以及公司科技項目“長壽命、低碳型高壓大容量混合絕緣油變壓器關鍵技術及工程應用”。
今年5月3日，經過項目團隊近一年的努力，110千伏抗老化三元混合絕緣油變壓器在桃花變電站應用。同時，項目團隊在該變壓器的內部繞組易發熱點裝設了光纖測溫等傳感器，為實時了解、掌握抗老化三元混合絕緣油變壓器的運行特性提供了數據支撐。
目前，重慶電網有1臺110千伏、3臺35千伏和22臺10千伏新舊變壓器使用了抗老化三元混合絕緣油。項目團隊還在研制220千伏大容量混合絕緣油變壓器樣機。
抗老化三元混合絕緣油技術的升級及應用推動了變壓器核心材料技術的進步，促進了變壓器行業綠色轉型。截至5月底，項目團隊獲得國家發明專利授權11項，累計發表論文32篇。項目成果還獲得了重慶市技術發明獎一等獎。
