环烷基原油是一种宝贵的不可再生资源，原油中仅有2%的组分能用于炼制出不同电压等级的变压器油。不同的变压器油由不同类型煌类分子组成，理化、电气性能有所不同。换流变压器用油因要兼 顾良好的电气特性和较低的倾点与运动黏度，因此 炼制单位质量的换流变压器油需消耗数倍于其它种类变压器油的环烷基原油。

KI50X环烷基油是一种在换流变中使用的变压器油，能够满足换流变对绝缘油的低温运动黏度、倾点及电气特性的苛刻要求，然而其原油开采与炼 制受原料等多方面因素的限制，其产能有限。本文中使用的25#、45#油是常见的电力变压器用的环烷基油，但是分别在倾点、低温运动黏度指标上，无法达到换流变中使用的KI50X变压器油的水平，限制了其在更多领域的应用。

随着技术的发展，以异构链烷烃为主的异构非环烷基变压器油克服了传统非环烷基油倾点较高的缺陷。中国电科院的王健一发现，以气制油新技术(gas-to-liquid transformer oil, GTL)制造的GTL异构链烷烧变压器油具有分子极性小，低温运动黏度低、稠环芳垃含量较低，氧化安定性较好等特点，并且GTL变压器油异构链烷烧组分可以达到93%,与传统变压器油相比成分更为单一，油中芳香煌的比例仅占0.3%,且为单环芳香GTL 油的制造原料天然气供应充足，然而其制备成本与成品价格显著高于传统变压器油，提高GTL技术的使用经济性可以加快其的推广与应用。

中国电科院王健一与华北电力大学曾臣发现 GTL油电气性能优异，在GTL油与K150X变压器 油混合并进行72h短时老化后，击穿电压与介损未 明显劣化"叫廖瑞金团队将矿物油与天然酯混合 制造新型变压器油，通过酯化反应对绝缘纸起到保护作用亿叫中海油公司通过将环烷基油与加氢非环烷基油混合，对变压器油进行组成调整来制造新型 变压器油，发现在部分条件下变压器油性能可得到 提升网。但是对使用异构链烷基组分进行组成调整 对各个指标的影响的研究有所不足。

已有研究表明，两种油品混合后性能可能变好, 也可能变差口叫在变压器油经过长时间运行后，经 受热、电老化作用的情况下，部分理化性能及电气 性能会发生改变，由此也可能导致绝缘参数性能的 下降，给变压器的安全带来风险。

因此，油品混合后的性能情况需要通过实验比 较混合前及混合后的油品在理化性能、电气性能上 的差异，来进行判断。对于在长期运行条件下的变 压器油的绝缘性能变化情况，可以通过热老化实验 模拟，对长期热老化后变压器油的性能参数的变化 规律进行研究。

因此，本文提出将GTL油作为异构非环烷基组 分混入传统环烷基变压器油的制备方法，对变压器 油进行组成优化，使环烷基油与异构非环烷基油优 势互补，得到环烷基变压器油混入异构非环烷基组 分后的性能指标的变化规律，研究异构非环烷基组 分对混合变压器油理化特性、电气特性的影响。本 文研究成果可为减少生产单位质量换流变压器油对 环烷基原油的消耗，并提高使用GTL技术的经济性, 为更好的利用环烷基油资源及GTL技术提供新思 路。

1实验部分

1.1混合油理化、电气性能检测

实验使用25#油、45#油、GTL油、KI50X四款 变压器油。对变压器油过滤干燥后，将GTL油分别 加入到25#、45#变压器油中后，使用磁力搅拌器对 混合油进行15分钟搅拌，并静置24h,制得GTL 油比例分别为10%、30%、50%、70%、90%的五种 比例的环烷基与异构非环烷基混合油(以下简称混 合油)，并且与25#油、45#油、KI50X、GTL油四 种变压器油一起进行了密度、倾点、低温运动黏度 等理化性能与击穿电压、工频介质损耗因数、体积 电阻率等电气性能的检测，结果如表1所示。

1.2混合油热老化实验

实验参考DL_T 429.6-2015《电力用油开口杯 老化测定法》标准设计，使25#油、45#油分别与 GTL油进行1：1混合，并参考文献[13],依据国际 电工委员会(IEC)规定的6。(：原则，通过热老化 可以加速消耗变压器油与绝缘纸的绝缘寿命，同时 考虑换流变内部热点温度，本试验选择130。(：作为 老化试验温度。将25#-GTL、45#-GTL混合变压器 油与未混合的25#油、45#油、GTL油、KI50X变压 器油共同进行7天、14天、21天、28天的13(TC 的热老化实验，模拟变压器内部实际工况，观察研 究六种变压器油老化后酸值、击穿电压、工频介质 损耗因数、体枳电阻率的变化趋势。

2混合油理化性能检测与分析

25#油、45#油在低温状态下分别因倾点较高、 运动黏度较大导致散热性能上存在着部分的不足， 使其达不到用于换流变的KI50X变压器油的水平。 因此，对于理化性能方面，本文着重检测了混合后 的变压器油低温下的运动黏度、倾点。除此之外， 还检测了密度等部分通用理化性能参数。

2.1混合油密度变化

密度是变压器油的一个物理性能指标。由于变 压器中存在一些水分，变压器在极低的温度或冬季 暂时停用时，变压器油中水分可能会结冰。浮冰融 化会生成液态水，水的密度大于油，如果其下落至 电极区，会显著降低击穿电压，出现放电的危险。 浮冰密度会随着不同的环境气压在880〜920kgzm3 范围内变化，为保障变压器的安全运行，希望油的 密度小于冰的密度，防止浮冰出现。且较低的密度 能为变压器油的运输带来便利，降低运输成本口可。 本文依据GB/T1884-2000《原油和液体石油产品密 度实验室测定法》对变压器油密度进行检测，结果图1中混合油的密度与混合比例整体呈现出线 性变化。GTL油密度较低，混合油随GTL油占比 的上升，密度整体上呈现出线性下降的变化，且满 足国标GB2536-2011中密度应小于895 g/cnP的要 求。所有混合油密度均小于运用于换流变的KI50X。 混合油在密度方面有一定优势。

表2为混合油密度的变异系数，表示每种混合 油多次密度测量值上下限的差与平均值的比，混合 油与未混合的四种变压器油的变异系数处于同一水 平，均小于0.1%。证明25#油、45#油能与GTL油相互溶解，维 持混合状态，通过混合方式制造新油具有可行性。 2.2混合油低温运动黏度变化

运动黏度是变压器油的一个重要参数，运动黏 度的大小影响着变压器油的散热效果。变压器油通 过循环将热量散发出去以此降低变压器温度，较低 的运动黏度，能提供较好的冷却性⑵。变压器油的 运动黏度与温度有关。温度越高变压器油运动黏度 越小，温度越低，变压器油黏度越大。这是因为温 度降低，使液体分子间距减小，分子间引力增大， 导致内摩擦力增大，宏观上表现为液体的运动黏度 增大口儿在变压器冬季停机启动或轻载运行时，为 保证运行安全，对低温下的变压器油运动黏度提出 了要求。本文对混合油与KI50X在-30（时的运动 黏度依据GB/T265进行了检测，结果如图2所示。

由图2可知，25#油、45#油、KI50X三种油-30℃ 时的运动黏度明显高于GTL油的运动黏度，且45# 油所测得的运动黏度最高。从微观层面来说，运动 黏度的大小显示了分子运动的内摩擦力的高低，内 摩擦力越小，则运动黏度越小，则更易于流动［⑸。 分子内摩擦力是由于流体流动时，分子克服相邻分 子间的引力而形成的口旬。分子的内摩擦力也随着分 子质量的增加而增加。在碳原子数相同的情况下， 环烷烧分子相较于链烷烧分子具有更大的刚性与更 好地对称性，所以分子间更紧密，内摩擦力更大。 虽然不同的变压器油中烷烧分子的碳原子数有所不 同，但是大体在相近的区间〔闭。所以在倾点温度以上的相同温度下时，主要由环烷煌构成的 环烷基变压器油的运动黏度比由链烷燃构成的非环 烷基变压器油的更大。

换流变运行温度要高于交流电力变压器的运 行温度，需要变压器油有更好的散热效果。KI50X 油在-30。＜3时的运动黏度要求达到800 mm s-1以下。 实验结果显示，混合油的运动黏度随GTL油比例的 增加出现明显下降，下降速率随着GTL油组分的增 加而减缓。25#变压器油-30。（3时的运动黏度在800 mm5左右，混入不同比例的GTL油后，25#-GTL 油混合油-30。＜2时运动黏度均低于800 mmsl而 45#变压器油-30%：时的运动黏度为1376.2 mm s ', 远远高于800 mm s-1的运动黏度值。在45#-GTL油 混合油中GTL油的比例为33%时，图中运动黏度 值能达到800 mm sL证明，添加异构非环烷基组 分进入45#油中，可以解决45#油低温下运动黏度较 高的问题。通过向45#油基础油加入异构非环烷基 组分这一方法可以使混合油在低温运动黏度方面达 到与KI50X变压器油相当的水平。

2.3混合油倾点变化

倾点是变压器油在低温条件下使用所需的一 个重要参数，较高的倾点会极大的限制变压器油的 使用区域与使用电压等级。运用于超高压的25#油 倾点高，不能满足换流变压器中最低冷态投运为-30OC 的条件，依照GB/T3535对变压器油倾点进行检测， 图3表示了混合后变压器油的倾点的变化。

由图3可知，在45#-GTL油混合油中GTL油 占比为10%时，出现自降凝现象，这是由于环烷基 油与非环烷基油有不同的凝固机理。

环烷基油与非环烷基油分别是黏温凝固和构 造凝固。黏温凝固是指变压器油在温度不断降低的 情况下，油品黏度不断增大，流动性变差，最终达 到凝固的状态。构造凝固是变压器油在低温下，不 断有结晶析出，这些结晶会包围或吸附附近的变压 器油分子，加快变压器油的凝固。直链和侧链较少 的链烷煌易于排列聚集形成结晶也是传统非环烷基 变压器油倾点较高的原因，而GTL技术生产的异构 非环烷基变压器油，因为其分子中烷烧侧链较多、 较长，更易于扰乱油品的结晶，进而使油的倾点降 低1电叫。环烷基与非环烷基变压器油混合以后，由 于环烷基油中的环烷烧分子不易有序排列，且会扰 乱链烷烧的排列聚集，影响链烷烽结晶，从而影响 链烷烧分子的构造结晶。而链烷烧分子间的内摩擦 力较小，链烷燃油运动黏度相较于环烷油更低，更 易流动，从而阻碍环烷燃油的黏温凝固。这两种因 数的共同作用，使两种变压器油按一定比例混合时， 出现自降凝现象。

而在未出现两种油品相互影响而自降凝的情 况时，混合油的倾点会随着GTL变压器油的比例的 上升而向GTL油的倾点接近。这是因为在两种组分 的混合油中，当倾点较高的组分达到凝固温度时， 另一种组分还存在着一定的流动性，影响了变压器 油的凝固，使混合油倾点降低，并且这种影响随倾 点较低的变压器的占比的增加而增大,减小而减少。

45#油本身的倾点较低，GTL油的倾点高于45#油，所以45#油在混入GTL油后，45#-GTL油混合油的 倾点均低于-30 ℃,且整体上随着GTL油的比例增 加而上升。

25#变压器油不同批次倾点值略有不同，在-30℃ 上下，不能保证每一批次均能满足换流变压器要求 的最低冷态投运条件。25#油的倾点较高，GTL油的倾点低于25#油，混入异构非环烷基组分可以降 低25#变压器油的倾点。25#-GTL油混合油的倾点 整体上随着GTL油的比例的增加而降低，当GTL 油的比例占混合油比例的30%时，混合油倾点明显 低于换流变压器中要求的-30。（3最低冷态投运条件。

实验结果表明，通过向45#变压器油中加入异 构非环烷基组分有希望制造出倾点极低的变压器油， 为极端条件下的变压器所需变压器油的制造做技术 储备。添加异构非环烷基组分进入环烷基变压器油 中可以解决25#油倾点较高的问题，使25#油可以满 足更高等级的电力系统之中所需条件。