李紫勇， 宋浩永， 黃青丹， 黃慧紅， 王煒

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局，廣東 廣州 510620）

0 引 言

未來(lái)低碳網(wǎng)絡(luò)和智能電網(wǎng)的發(fā)展對(duì)電力系統(tǒng)設(shè)備所使用的絕緣材料性能提出了更高的要求，以應(yīng)對(duì)設(shè)備更加動(dòng)態(tài)和不穩(wěn)定的運(yùn)行條件。在電氣設(shè)備中，絕緣液起著絕緣、滅弧、散熱的作用，是電氣設(shè)備中非常重要的絕緣材料[1-2]，結(jié)構(gòu)材料起著機(jī)械支撐、絕緣和密封的作用。絕緣液和結(jié)構(gòu)材料的良好配合為充油電氣設(shè)備提供了可靠的電氣絕緣保障。IEC 60050-212:2010對(duì)材料相容性的定義為“材料共同使用時(shí)在各個(gè)方面不受任何損害的性能，是表征幾種材料是否適合組合使用的指標(biāo)”[3]。電氣設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，絕緣液會(huì)與電氣設(shè)備內(nèi)部的結(jié)構(gòu)材料相接觸，結(jié)構(gòu)材料會(huì)影響絕緣液的性能，同時(shí)絕緣液在溫度、氧氣、水分等物質(zhì)的作用下也可能使結(jié)構(gòu)材料的性能發(fā)生變化[4]。電氣設(shè)備中絕緣液和結(jié)構(gòu)材料的相容性不僅影響電氣設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和安全容量，還直接關(guān)系到電氣設(shè)備的使用壽命和安全穩(wěn)定運(yùn)行[5-6]。因此，制定合適的電氣絕緣液與結(jié)構(gòu)材料相容性試驗(yàn)方法，開(kāi)展電氣絕緣液與結(jié)構(gòu)材料的相容性研究是至關(guān)重要的。

隨著海上風(fēng)電和牽引變壓器等采用高溫絕緣系統(tǒng)場(chǎng)景的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，基于ASTM D3455:2019[7]的結(jié)構(gòu)材料與絕緣液相容性試驗(yàn)方法所規(guī)定的試驗(yàn)溫度單一，大多數(shù)為100℃，無(wú)法涵蓋IEC 60076-14:2013[8]所定義的所有耐熱等級(jí)。其次，現(xiàn)有的相容性試驗(yàn)方法局限于單一絕緣液，無(wú)法同時(shí)涵蓋天然酯、合成酯和改性酯等多種絕緣液。最后，在對(duì)相容性測(cè)試結(jié)果的考察上，現(xiàn)有相容性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均以結(jié)構(gòu)材料對(duì)絕緣液的影響作為主要評(píng)判依據(jù)，檢測(cè)項(xiàng)目不包括結(jié)構(gòu)材料的性能，忽視了絕緣液對(duì)結(jié)構(gòu)材料的影響，事實(shí)上結(jié)構(gòu)材料性能劣化也會(huì)對(duì)變壓器運(yùn)行產(chǎn)生影響，如密封圈失效會(huì)引發(fā)變壓器漏油等事故。另外，HUANG Q D等[9]在關(guān)于環(huán)氧內(nèi)壁漆與天然酯的相容性研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)試驗(yàn)時(shí)間小于168 h時(shí)，浸漬內(nèi)壁漆的絕緣液介質(zhì)損耗因數(shù)符合在役天然酯變壓器的限值要求，即0.15，但當(dāng)測(cè)試時(shí)間延長(zhǎng)至672 h時(shí)，介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)試結(jié)果超過(guò)該限值要求，說(shuō)明基于ASTM D3455:2019的164 h并不足以發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題。

隨著環(huán)境友好型絕緣液在不同領(lǐng)域的應(yīng)用，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料與絕緣液相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)不完善帶來(lái)的潛在風(fēng)險(xiǎn)將更加突出。為了解決現(xiàn)有結(jié)構(gòu)材料與絕緣液相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的不足，統(tǒng)一和規(guī)范各種充油電氣設(shè)備中的相容性試驗(yàn)方法，廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局提出IEC 63177《電氣絕緣液與結(jié)構(gòu)材料相容性試驗(yàn)方法》的標(biāo)準(zhǔn)提案。本文主要對(duì)變壓器、電力電容器、電纜終端和油冷電機(jī)中的絕緣液與結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比討論，并簡(jiǎn)要介紹IEC 63177提案。

1 變壓器相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

變壓器作為電網(wǎng)中關(guān)鍵部件之一，負(fù)責(zé)電壓的轉(zhuǎn)換和能量的傳輸，其運(yùn)行的可靠性至關(guān)重要[10]。礦物油憑借其良好的電氣絕緣性能與冷卻性能被用于液浸式變壓器已有一百多年歷史，但隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)于變壓器絕緣液防火安全和環(huán)境友好特性的關(guān)注，燃點(diǎn)為165℃左右且生物降解率低于30%的礦物油難以滿足防火與環(huán)保的需求，高燃點(diǎn)且可生物降解的替代絕緣液逐漸成為液體電介質(zhì)研究與應(yīng)用的新熱點(diǎn)。天然酯和合成酯具有良好的環(huán)保特性，且燃點(diǎn)高，缺點(diǎn)是黏度高且天然酯的氧化安定性較弱，天然酯和合成酯的分子結(jié)構(gòu)分別如圖1、圖2所示[11]。變壓器中的結(jié)構(gòu)材料種類繁多，包括絕緣紙板、絕緣墊塊、硅鋼片、漆包線、漆類、密封圈、絕緣管、絕緣螺栓等[12]。國(guó)內(nèi)外發(fā)布了若干變壓器絕緣液與結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，下面對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行詳細(xì)介紹。

圖1 天然酯結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of natural ester

圖2 合成酯結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Structure diagram of synthetic ester

1.1 試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

目前，對(duì)變壓器結(jié)構(gòu)材料與電氣絕緣液的相容性試驗(yàn)方法做出規(guī)定的主要有7個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如表1所示，國(guó)際上最常使用和參考的標(biāo)準(zhǔn)是ASTM D3455:2019[7]。這些標(biāo)準(zhǔn)均是將裝有結(jié)構(gòu)材料試樣及絕緣液試樣的試驗(yàn)容器和單獨(dú)裝有參考絕緣液試樣的試驗(yàn)容器同時(shí)放置于烘箱中，在特定的溫度下加熱一段時(shí)間后，從烘箱中取出，冷卻至室溫后測(cè)試絕緣液試樣或結(jié)構(gòu)材料試樣的性能，比較試驗(yàn)絕緣液試樣和參考絕緣液試樣各項(xiàng)性能的差異并判定相容性優(yōu)劣。各標(biāo)準(zhǔn)主要在絕緣液類型、絕緣液和結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)比例、材料的預(yù)處理、試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)時(shí)間、試驗(yàn)項(xiàng)目及其給定限值上有所區(qū)別。

表1 變壓器結(jié)構(gòu)材料與電氣絕緣液的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Test method standards of compatibility between structural materials and electrical insulating liquids for transformer

1.2 標(biāo)準(zhǔn)比較

將表1中的7個(gè)相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表2所示。從表2可以看出，現(xiàn)有的變壓器結(jié)構(gòu)材料與電氣絕緣液的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溫度較為單一（大多數(shù)為100℃）、試驗(yàn)時(shí)間較短（不超過(guò)168 h），而且在評(píng)定參數(shù)上以變壓器結(jié)構(gòu)材料對(duì)絕緣液的影響作為主要的評(píng)判依據(jù)，忽略了絕緣液對(duì)結(jié)構(gòu)材料的影響。

表2 7種變壓器結(jié)構(gòu)材料與電氣絕緣液的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比分析Tab.2 Comparison analysis of seven test method standards of compatibility between structural materials and electrical insulating fluids for transformer

ASTM D3455:2019[7]所規(guī)范的是礦物絕緣油與電力設(shè)備結(jié)構(gòu)材料相容性的試驗(yàn)方法。在試驗(yàn)前，將結(jié)構(gòu)材料放入溫度為105℃的烘箱中干燥16 h，干燥完成后將絕緣液與結(jié)構(gòu)材料放入容積為1 L的試驗(yàn)容器中，向絕緣液中持續(xù)通入氮?dú)獯祾?0 min，然后密封試驗(yàn)容器開(kāi)始試驗(yàn)。絕緣液與結(jié)構(gòu)材料的比例在標(biāo)準(zhǔn)中有明確規(guī)定，并且指明該比例為實(shí)際變壓器中結(jié)構(gòu)材料表面積與絕緣液體積比例的4倍。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的相容性試驗(yàn)溫度為（100±1）℃，試驗(yàn)時(shí)間為164 h，評(píng)定參數(shù)為絕緣液的界面張力、酸值、擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)和色度，并給出參考油樣的限值。該標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的試驗(yàn)溫度與礦物油和纖維素紙組成的絕緣系統(tǒng)的耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度105℃較為接近，但與天然酯和纖維素紙組成的絕緣系統(tǒng)的耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度120℃、合成酯和熱改性紙組成的絕緣系統(tǒng)的耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度155℃相差較大，不適用于開(kāi)展結(jié)構(gòu)材料與天然酯、合成酯等環(huán)境友好型絕緣液的相容性試驗(yàn)。國(guó)內(nèi)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 1836—2018[19]還是參考ASTM D3455:2011制定的。

ASTM D5282:2020[13]考察的是硅油與電力設(shè)備用結(jié)構(gòu)材料的相容性。試樣的預(yù)處理方法與ASTM D3455:2019一致，除了墊片、纖維素紙與絕緣液的比例外，結(jié)構(gòu)材料與絕緣液的比例也與ASTM D3455:2019一致。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)溫度為（120±1）℃，試驗(yàn)時(shí)間為168 h。建議評(píng)定參數(shù)較多，包括絕緣液的燃點(diǎn)、黏度、酸值、擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)、色度、電阻率和揮發(fā)物百分比，標(biāo)準(zhǔn)中還給出了參考油樣上述參數(shù)的限值。

巴西技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)制定的ABNT NBR 16431-2015[14]考察的是天然酯絕緣液與電氣設(shè)備用結(jié)構(gòu)材料的相容性。預(yù)處理過(guò)程和結(jié)構(gòu)材料比例也與ASTM D3455:2019一致，試驗(yàn)溫度為（100±1）℃，試驗(yàn)時(shí)間為164 h，評(píng)定參數(shù)為絕緣液的黏度、酸值、擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)和色度。標(biāo)準(zhǔn)還給出了參考油樣和試驗(yàn)油樣的限值。

IEC 60588-5:1979[15]所考察的是多氯聯(lián)苯與變壓器結(jié)構(gòu)材料的相容性，雖然多氯聯(lián)苯因其毒性已于20世紀(jì)60年代停止使用，但是其相容性試驗(yàn)方法仍具有一定的參考價(jià)值。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的試驗(yàn)溫度為（100±1）℃，試驗(yàn)時(shí)間為168 h，試樣的預(yù)處理與生產(chǎn)制造過(guò)程中的處理方式保持一致，固體材料和多氯聯(lián)苯絕緣液有確定的比例并且與實(shí)際變壓器中兩種材料比例的平均值一致。評(píng)定參數(shù)為絕緣液的酸值、介質(zhì)損耗因數(shù)和色度，并給出了參考油樣和試驗(yàn)油樣的限值。

由中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)提出的T/CEEIA 437—2020《天然酯型絕緣油與結(jié)構(gòu)材料相容性試驗(yàn)方法》[16]和T/CEEIA 436—2020《合成有機(jī)酯型絕緣油與結(jié)構(gòu)材料相容性試驗(yàn)方法》[17]的預(yù)處理過(guò)程和材料比例也與ASTM D3455:2019一致。試驗(yàn)溫度均規(guī)定為絕緣系統(tǒng)耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度，試驗(yàn)時(shí)間為164 h。T/CEEIA 437—2020規(guī)定的相容性試驗(yàn)后的評(píng)定參數(shù)為天然酯的外觀、擊穿電壓、運(yùn)動(dòng)黏度、介質(zhì)損耗因數(shù)和酸值。T/CEEIA 436—2020規(guī)定的相容性試驗(yàn)后的評(píng)定參數(shù)為合成酯的外觀、酸值、擊穿電壓和介質(zhì)損耗因數(shù)。兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均給出了空白油樣和試驗(yàn)油樣上述評(píng)定參數(shù)的限值。

JB/T 8448.1—2018《變壓器類產(chǎn)品用密封制品技術(shù)條件 第1部分：橡膠密封制品》[18]規(guī)定了密封制品與變壓器用礦物絕緣油的相容性試驗(yàn)方法。預(yù)處理過(guò)程和材料比例也與ASTM D3455:2019一致，相容性試驗(yàn)溫度為100℃，試驗(yàn)時(shí)間為164 h。該標(biāo)準(zhǔn)建議的評(píng)定參數(shù)為變壓器絕緣油的介質(zhì)損耗因數(shù)，并給出了與丁腈基橡膠、丙烯酸酯橡膠、氟橡膠和氟硅橡膠等6種橡膠老化試驗(yàn)后介質(zhì)損耗因數(shù)的限值。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了密封制品浸漬變壓器油后的壓縮永久變形和耐變壓器油性能試驗(yàn)方法。

現(xiàn)有的關(guān)于變壓器結(jié)構(gòu)材料與絕緣液的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，主要是針對(duì)礦物油和硅油，ABNT NBR 16431-2015雖然考察的是天然酯，但其試驗(yàn)溫度和試驗(yàn)時(shí)間均與礦物油的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)ASTM D3455:2019一致，其試驗(yàn)溫度與天然酯的耐熱等級(jí)對(duì)應(yīng)溫度相差較大；T/CEEIA 437—2020和T/CEEIA 436—2020雖然將試驗(yàn)溫度提高到絕緣系統(tǒng)的耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度，但其測(cè)試時(shí)間較短，在天然酯與內(nèi)壁漆的相容性試驗(yàn)研究中發(fā)現(xiàn)，測(cè)試時(shí)長(zhǎng)小于168 h時(shí)不足以發(fā)現(xiàn)潛在的不相容風(fēng)險(xiǎn)[9]。關(guān)于變壓器結(jié)構(gòu)材料與天然酯、合成酯等替代絕緣液之間的相容性試驗(yàn)亟需開(kāi)展進(jìn)一步研究。

2 電力電容器相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

電力電容器是用于電力網(wǎng)絡(luò)的電容器，是一種靜止的無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備，其主要作用是向電力系統(tǒng)提供無(wú)功補(bǔ)償，提高功率因數(shù)，減少輸電線路輸送的電流，起到減少線路能量損耗和壓降、改善電能質(zhì)量和提高設(shè)備利用率的重要作用。液體介質(zhì)浸漬劑作為電容器的主要絕緣介質(zhì)之一，可以填充固體介質(zhì)中的空隙，提高介質(zhì)的電氣強(qiáng)度，改善局部放電特性和散熱條件等[20]。國(guó)內(nèi)外廣泛使用的浸漬劑有烷基苯（AB油）、苯基二甲苯基乙烷（簡(jiǎn)稱PXE，又稱S油）、苯基乙烷基乙烷（PEPE）、單/雙芐基甲苯（簡(jiǎn)稱M/DBT，又稱C101）[21]。我國(guó)電容器行業(yè)目前最常用的是芐基甲苯類浸漬劑。電容器結(jié)構(gòu)材料包括聚丙烯薄膜、橡膠墊片、絕緣管、絕緣螺栓等[22]。電容器結(jié)構(gòu)材料和浸漬劑的相容性好壞直接影響著電容器的性能。

IEC 60588-6:1979[23]所規(guī)范的是氯化聯(lián)苯浸漬液與電容器結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法。雖然多氯聯(lián)苯因其毒性已被禁用，但該方法仍具有參考價(jià)值。該方法規(guī)定了結(jié)構(gòu)材料紙、塑料薄膜、鋁箔、紙板及可溶性材料與多氯聯(lián)苯的具體試驗(yàn)比例，明確了纖維素類材料需要在105℃烘箱預(yù)處理16 h。試驗(yàn)過(guò)程中將包含400 mL氯化聯(lián)苯與結(jié)構(gòu)材料試樣的試驗(yàn)油樣和參考油樣放入老化烘箱中，試驗(yàn)溫度為（100±1）℃，試驗(yàn)時(shí)間為168 h，試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行測(cè)定。該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)試驗(yàn)油樣和空白油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)均給出了限值。

IEC 60674-3-1:2021[24]中8.7節(jié)提到了電容器薄膜和浸漬劑的相容性試驗(yàn)方法。標(biāo)準(zhǔn)中建議根據(jù)供需雙方商定的方法進(jìn)行相容性試驗(yàn)，例如可根據(jù)薄膜在浸漬液中的溶脹或溶解性，或根據(jù)薄膜或浸漬液受污染的特性來(lái)確定薄膜和浸漬劑的相容性。標(biāo)準(zhǔn)注明鑒于目前可供使用和正在開(kāi)發(fā)的用于電容器的浸漬劑種類繁多，未規(guī)定具體的試驗(yàn)方法和限值。

JB/T 11052—2010《電容器用壓嵌式絕緣套管技術(shù)條件》[25]中4.16.1節(jié)介紹了橡膠墊片的相容性試驗(yàn)方法。將800 mL試驗(yàn)油樣與2.5 g橡膠墊片放入試驗(yàn)容器中，之后將試驗(yàn)油樣和參考油樣放入溫度為（100±1）℃的恒溫箱中，試驗(yàn)時(shí)間為96 h。該標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試試驗(yàn)前后油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)和擊穿電壓，并建議試驗(yàn)前后介質(zhì)損耗因數(shù)的變化率不超過(guò)15%。另外，該標(biāo)準(zhǔn)在4.16.2節(jié)考察了絕緣液對(duì)固體材料的影響，規(guī)定將厚度壓縮到一定比率的橡膠墊與800 mL油樣在（100±1）℃的恒溫箱中，歷時(shí)96 h后，測(cè)試橡膠墊質(zhì)量變化，并觀察外觀變形情況，規(guī)定質(zhì)量變化率不超過(guò)10%。

上述電容器結(jié)構(gòu)材料和浸漬劑的相容性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)均給出了具體試驗(yàn)步驟和要求，試驗(yàn)溫度均為100℃，試驗(yàn)時(shí)間最長(zhǎng)為168 h，各標(biāo)準(zhǔn)均對(duì)油樣的介質(zhì)損耗因數(shù)進(jìn)行判定，而對(duì)結(jié)構(gòu)材料的性質(zhì)關(guān)注較少。

3 電纜終端相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市用電急劇增加，電網(wǎng)的建設(shè)及改造更新項(xiàng)目日益增多，高壓電纜在輸電線路上的使用也越來(lái)越廣泛。與高壓電纜本體相比，受電纜終端本身結(jié)構(gòu)、制作、連接及運(yùn)行條件復(fù)雜性的影響，電纜終端屬于相對(duì)薄弱環(huán)節(jié)，電纜終端和接頭發(fā)生的故障在電纜運(yùn)行故障中占較大比例[26-27]。電纜終端套管與應(yīng)力錐之間一般充以硅油、聚丁烯或聚異丁烯絕緣油作為絕緣填充劑[28]，應(yīng)力錐材料主要有硅橡膠和三元乙丙橡膠[29]。為保證電纜長(zhǎng)期運(yùn)行的可靠性，除了絕緣填充劑和應(yīng)力錐性能需要滿足設(shè)計(jì)要求外，電纜終端油與電纜終端內(nèi)部結(jié)構(gòu)材料應(yīng)有良好的相容性。

GB/T 11017.3—2014《額定電壓110 kV（Um=126 kV）交聯(lián)聚乙烯絕緣電力電纜及其附件 第3部分：電纜附件》[30]中規(guī)定：高壓電纜附件內(nèi)的液體絕緣填充劑應(yīng)與相接觸的絕緣材料及結(jié)構(gòu)材料相容。對(duì)乙丙橡膠應(yīng)力錐推薦采用硅油或聚異丁烯作為絕緣填充劑，對(duì)硅橡膠應(yīng)力錐推薦采用聚異丁烯或高黏度硅油作為絕緣填充劑。然而，國(guó)內(nèi)外均無(wú)測(cè)定電纜終端油和結(jié)構(gòu)材料相容性的具體試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，需求方一般結(jié)合供貨方的技術(shù)條件書和以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)。因此，制定電纜終端油和結(jié)構(gòu)材料相容性的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)尤為迫切。

4 油冷電機(jī)相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

因能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題愈演愈烈，電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，電動(dòng)汽車將成為未來(lái)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向，目前已有荷蘭、德國(guó)、英國(guó)等國(guó)家，以及我國(guó)海南省等地區(qū)明確了禁售燃油汽車時(shí)間表。電機(jī)作為電動(dòng)汽車的三大核心部件之一，對(duì)車輛的安全駕駛和運(yùn)行壽命具有重要影響[31]。對(duì)于油冷型電動(dòng)車電機(jī)，電機(jī)絕緣材料與自動(dòng)變速箱油（ATF油）直接接觸，因此用于變速箱的油品需要與電機(jī)結(jié)構(gòu)材料具有良好的相容性。電機(jī)的主要結(jié)構(gòu)材料有絕緣浸漬樹(shù)脂、電磁線、柔軟復(fù)合材料、槽楔、橡膠密封件、絕緣軟套管、綁扎帶等[32]。下面介紹潤(rùn)滑油及ATF油與油冷電機(jī)結(jié)構(gòu)材料的相容性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

4.1 潤(rùn)滑油與橡膠的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

電機(jī)中大部分密封件和襯墊由橡膠制成，如果橡膠與潤(rùn)滑油不相容，則會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油泄漏。國(guó)內(nèi)外關(guān)于橡膠和潤(rùn)滑油相容性的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)有很多。這些標(biāo)準(zhǔn)均是在特定溫度下，將橡膠在潤(rùn)滑油中浸漬一段時(shí)間，對(duì)橡膠浸漬前后某些參數(shù)的變化進(jìn)行評(píng)定。

GM 6297M:1995[33]為通用公司于1995年制定的用于評(píng)定DEXRON-Ⅲ ATF油性能的標(biāo)準(zhǔn)，其中包括該油與多種橡膠相容性的試驗(yàn)要求。該標(biāo)準(zhǔn)建議試驗(yàn)溫度為（150±1）℃，試驗(yàn)時(shí)間為70 h，評(píng)定參數(shù)為橡膠浸漬前后的體積變化和硬度變化，并給出了多種橡膠的限值。

ASTM D4289:1997[34]規(guī)定了潤(rùn)滑酯和液體潤(rùn)滑劑與橡膠的相容性試驗(yàn)方法，評(píng)定參數(shù)為橡膠的體積變化、硬度變化和密度變化，試驗(yàn)溫度為（100±2.5）℃（氯丁橡膠）或（150±2.5）℃（丁腈橡膠），試驗(yàn)時(shí)間為（70±0.5）h。標(biāo)準(zhǔn)還特別提到若橡膠制品面臨較大撓曲、溫度及應(yīng)力苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)增加其評(píng)定參數(shù)，如拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率，才能更加真實(shí)地反映橡膠的相容性。國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH/T 0429—2017[35]就是參照ASTM D4289:1997制定的。

歐洲協(xié)調(diào)委員會(huì)制定的CEC-L-39-96規(guī)定了4種橡膠與車用潤(rùn)滑油的相容性試驗(yàn)方法。其中氟橡膠、丙烯酸酯橡膠、硅橡膠的試驗(yàn)溫度為（150±2）℃，丁腈橡膠的試驗(yàn)溫度為（100±2）℃，試驗(yàn)時(shí)間為168 h，評(píng)定參數(shù)為體積、硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。國(guó)內(nèi)石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/SH/T 0877—2014[36]就是參考該標(biāo)準(zhǔn)制定的。

表3為潤(rùn)滑油與橡膠相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)。表中所列標(biāo)準(zhǔn)均將橡膠體積和硬度作為評(píng)定參數(shù)，ASTM D2000:2018[37]和CEC L-39-96增加了拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率作為評(píng)定參數(shù)，ASTM D4289和SH/T 0429增加了密度作為評(píng)定參數(shù)。ISO 1817[38]、ISO 13226[39]和ASTM D471[40]均將質(zhì)量、體積、硬度、拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率作為評(píng)定參數(shù)。對(duì)比表3所有列舉標(biāo)準(zhǔn)，其中ISO 1817考察的橡膠參數(shù)最多，相容性評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)最為苛刻。

表3 潤(rùn)滑油與橡膠相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試參數(shù)對(duì)比Tab.3 Comparison on testing parameters of compatibility test method standards between lubricating oil and rubbers

4.2 ATF油與油冷電機(jī)結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)外尚無(wú)已發(fā)布的ATF油與油冷電機(jī)結(jié)構(gòu)材料相容性試驗(yàn)方法的相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。各主要生產(chǎn)廠商所參照的相容性試驗(yàn)方法與評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)均不相同，主要區(qū)別在于：試驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短、油中是否需要添加水分、試驗(yàn)容器內(nèi)部壓力的大小、試驗(yàn)溫度的選取、結(jié)構(gòu)材料和ATF的評(píng)定參數(shù)以及限值大小。中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化工作委員會(huì)所提出的T/CEEIA 415—2019[41]《新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)絕緣結(jié)構(gòu) 技術(shù)要求》對(duì)ATF油與油冷電機(jī)結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)范。由中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)車用電機(jī)電器電子分會(huì)提出的《車用直接油冷電機(jī)及其材料兼容性技術(shù)要求與驗(yàn)證方法》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)也對(duì)ATF油與油冷電機(jī)結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法進(jìn)行了規(guī)定，該標(biāo)準(zhǔn)目前還沒(méi)有發(fā)布。

5 IEC 63177提案

機(jī)械支撐、電氣絕緣和密封是結(jié)構(gòu)材料在電氣設(shè)備中的主要功能。在液浸式變壓器中，結(jié)構(gòu)材料在近幾十年內(nèi)大多采用基于礦物油的絕緣系統(tǒng)，隨著高溫絕緣系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用，高閃點(diǎn)高可靠性的硅油、合成酯和天然酯類產(chǎn)品均已商品化，關(guān)于變壓器結(jié)構(gòu)材料如密封圈、漆包線、內(nèi)壁漆等與天然酯、合成酯等絕緣液間的相容性測(cè)試也亟待展開(kāi)研究。此外，用于電動(dòng)汽車的油冷電機(jī)為了滿足散熱的要求也增加了電氣結(jié)構(gòu)材料接觸不同絕緣液的可能性。因此，對(duì)于液浸式變壓器、油冷電機(jī)和電力電容器等液浸式電氣設(shè)備，迫切需要一種測(cè)試多種電氣絕緣液與結(jié)構(gòu)材料相容性的試驗(yàn)方法。

廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局開(kāi)展了一系列不同結(jié)構(gòu)材料與礦物油、天然酯、合成酯及改性酯等多種絕緣液間的相容性試驗(yàn)研究，并在2020年2月提出了《電氣絕緣液與結(jié)構(gòu)材料相容性試驗(yàn)方法》的IEC標(biāo)準(zhǔn)新提案。該提案中按照變壓器、電容器和油冷電機(jī)三類設(shè)備規(guī)范了結(jié)構(gòu)材料和絕緣液的相容性試驗(yàn)方法，適用于礦物油、硅油、合成酯、天然酯和改性酯等多種絕緣液。試驗(yàn)溫度為絕緣系統(tǒng)耐熱等級(jí)所對(duì)應(yīng)的溫度（變壓器可根據(jù)絕緣系統(tǒng)耐熱等級(jí)選擇105、120、130、155℃，油冷電機(jī)可根據(jù)絕緣系統(tǒng)耐熱等級(jí)選擇155℃或180℃），滿足IEC 60076-14:2013[8]所定義的高溫絕緣系統(tǒng)的應(yīng)用需求；試驗(yàn)時(shí)間建議每168 h為1個(gè)循環(huán)，測(cè)試4個(gè)循環(huán)。該標(biāo)準(zhǔn)除了測(cè)試絕緣液的性能外，對(duì)結(jié)構(gòu)材料的測(cè)試項(xiàng)也進(jìn)行了規(guī)定，其中變壓器絕緣液的測(cè)試項(xiàng)目為界面張力、酸值、擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)、色度和外觀，并建議將水分含量作為可選項(xiàng)進(jìn)行測(cè)試；結(jié)構(gòu)材料給出了漆包線和密封圈等的建議測(cè)試項(xiàng)。該標(biāo)準(zhǔn)確保了全球電氣設(shè)備行業(yè)將通過(guò)公認(rèn)且統(tǒng)一的方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)材料與電氣絕緣液的相容性測(cè)試。

6 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)目前國(guó)際上較為常用的電氣絕緣液與結(jié)構(gòu)材料的相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)可以看出：現(xiàn)行相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)所涉及的絕緣液主要是傳統(tǒng)絕緣液，沒(méi)有包括合成酯、天然酯及改性酯等新型絕緣液；試驗(yàn)溫度較為單一，無(wú)法涵蓋IEC 60076-14:2013中所定義的所有耐熱等級(jí)；測(cè)試時(shí)間較短，大部分在168 h以內(nèi)，不容易發(fā)現(xiàn)某些潛在問(wèn)題；在對(duì)相容性測(cè)試結(jié)果的考察上，缺少對(duì)結(jié)構(gòu)材料試驗(yàn)項(xiàng)目的具體要求，忽視了絕緣液對(duì)結(jié)構(gòu)材料的影響。

由廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司廣州供電局牽頭制定的IEC 63177改善和解決了現(xiàn)有相容性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)的不足，該標(biāo)準(zhǔn)已于2022年7月發(fā)布了第三稿技術(shù)委員會(huì)草案，下一步將發(fā)布征求意見(jiàn)草案，預(yù)計(jì)于2025年前發(fā)布。