[发明专利]一种导热变压器油及其制备方法

说明书

一种导热变压器油，包括基础油，0.001‑20wt％改性铝合金纳米颗粒，所述改性铝合金纳米颗粒的粒径为1‑500纳米；所述改性铝合金纳米颗粒是在纳米铝合金的表面通过化学反应形成一层金属氧化物以及无机盐的保护层；所述铝合金中至少含有50wt％的铝，更优选含有70wt％以上的铝。所述铝合金中还包括Ti、Mn、Cr中的一种或多种。该纳米粒子改性变压器油显著提高了变压器油的导热性能，同时克服了纳米金属的添加给变压器油电绝缘性能带来的不利影响，具有良好的导热性、绝缘性和稳定性。

技术领域

本发明属于变压器油技术领域，尤其涉及一种导热变压器油及其制备方法。

背景技术

随着电网系统的快速发展，电压等级和传输容量不断提升，这不仅使得电力设备的体积和重量持续增加，同时也降低了设备的安全可靠性。调查显示，2005～2010年间我国因输变电设备故障导致的电网停电事故占当年总事故的37％～48％，居故障起因第一位。油纸绝缘作为一种较为成熟的绝缘技术，在电力设备中受到广泛运用，但随着服役年限的增加，在电、磁、机械等多重物理场的作用下，油纸绝缘结构暴露出了越来越严重的综合老化问题，尤其是由材料发热引起的热老化。

为了解决油纸绝缘结构的散热问题，1995年纳米微粒首次被添加到变压器油中形成纳米流体，以提高绝缘结构自身的散热能力。研究表明在变压器油中添加体积分数为0.5％的AlN纳米颗粒，可将油流体的热导率提高8％，整体热效率提高20％。纳米改性变压器油是指在变压器油中添加纳米颗粒，并形成稳定的悬浮胶体，这些粒子的平均直径为几到几十纳米，比变压器油中常见微粒小2到3个数量级。纳米改性变压器油最开始是以纳米磁流体作为研究对象，即添加Fe₃O₄等铁磁性纳米材料，但研究显示铁磁性纳米油流体的稳定性和击穿特性受外部磁场的影响较大，并不适用于变压器等油纸绝缘结构的电力设备。在后续的相关研究中，半导体材料和绝缘材料逐渐被作为改性纳米材料添加到变压器油中。同时，流体基液也由矿物变压器油发展到植物变压器油。国内外各项研究结果表明，通过纳米材料改性的变压器油在导热性、电气特性和抗老化等方面都具有较明显的提高。

纳米材料体系的选择。理论上讲，绝大部分固体材料都可以提高纳米流体的导热性能，例如金属材料、绝缘材料、半导体材料等。但是纳米颗粒的引入必须考虑到纳米油作为绝缘材料实际使用的这一要求，而不能仅仅追求散热能力的提高。对于纳米改性变压器油的评价标准将是电气耐压特性、抗老化特性、稳定性和散热性等多种因素的综合，所以改性纳米颗粒材料体系的筛选将是当前以及今后一个长期存在的问题。

目前现有技术中常见的是将半导体和金属氧化物绝缘材料作为变压器油中的纳米添加剂，但是这种半导体和金属氧化物绝缘材料的导热率有限，一般只能将变压器油的导热率提高不超过10％，难以进一步提高变压器油的导热性能。

发明内容

本发明以纳米金属作为添加到变压器油中的核心组分，利用金属远超金属氧化物和氮化物的高导热性，进一步提高变压器油的导热性能，同时克服了纳米金属添加到变压器油中导致变压器油电气性能显著变劣的缺陷，取得了意料不到的技术效果。在一个优选的实施例中，发明人还发现，如果铝合金中含有适量的硅，可以在不降低铝合金纳米材料变压器油导热性能的前提下，进一步提高其电气性能。

本发明提供一种导热变压器油，包括基础油，0.001-20wt％改性铝合金纳米颗粒，所述改性铝合金纳米颗粒的粒径为1-500纳米；所述改性铝合金纳米颗粒是在纳米铝合金的表面通过化学反应形成一层金属氧化物以及无机盐的保护层；所述铝合金中至少含有50wt％的铝，更优选含有70wt％以上的铝。

所述铝合金中还包括Ti、Mn、Cr中的一种或多种。

所述铝合金中还含有不超过1wt％的Si，更优选含有0.3-06wt％的Si。