昆侖電力機車變壓器油

張綺，馬書杰，于會民，王會娟，張昱， 邊文龍

(1.中國石油蘭州潤滑油研究開發(fā)中心環(huán)烷基油研究所，新疆 克拉瑪依 834003；2.中國石油潤滑油重點實驗室，新疆 克拉瑪依 834003；3.中國石油克拉瑪依潤滑油廠，新疆 克拉瑪依 834003)

0 引言

交通運輸業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，而鐵路運輸作為重要的交通手段擔負著艱巨的歷史使命。隨著社會進步和鐵路發(fā)展，中車機車經(jīng)歷了從無到有、從弱到強的發(fā)展過程，先后走過了蒸汽時代、內(nèi)燃時代和電力時代三個階段，形成了直流傳動、交流傳動兩大主要平臺。在近十年中國鐵路裝備現(xiàn)代化高速發(fā)展的推動下，中車機車通過技術(shù)引進、消化、吸收、再創(chuàng)新，從以東風(DF)系列為代表的內(nèi)燃機車平臺、韶山(SS)系列為代表的電力機車平臺、工礦(GK)系列為代表的工礦用機車平臺，全面發(fā)展至以和諧內(nèi)燃(HXN)和和諧電力(HXD)為代表的大功率交流傳動系列產(chǎn)品。

其中，和諧電力機車具有功率大、速度快、過載能力強、自身負重低、牽引力和加速度大、維修量少、能源利用率高以及清潔環(huán)保等優(yōu)點，不僅廣泛用于干線鐵路的運營，而且服務于城市軌道交通中。目前在我國，中車電力機車已涵蓋HXD1/HXD2/HXD3等3大系列10多個品種。

在電力機車中，起著重要作用的牽引電傳動系統(tǒng)一般采用交-直-交傳動形式，其牽引設(shè)備主要包括高壓電器、主變壓器和牽引變流器等，而對于電力機車變壓器用絕緣油，大多使用礦物絕緣油，其質(zhì)量的好壞直接影響整個機車系統(tǒng)的安全運行和經(jīng)濟效益[1]。

1 鐵路牽引變壓器絕緣油標準

在鐵路牽引變壓器中，絕緣油根據(jù)其種類一般分為礦物油、硅油和酯油，酯油還分為合成酯和天然酯，通常用戶根據(jù)鐵路機車的車型和設(shè)計構(gòu)造來選擇不同的變壓器油。在我國，電力機車牽引變壓器多選用礦物型環(huán)烷基變壓器油，CRH系列型動車牽引變壓器多選用硅油，中國標準動車組牽引變壓器使用合成酯油。

目前國內(nèi)外鐵路牽引變壓器絕緣油標準有很多，礦物型的有GB 2536-2011《變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》(IEC 60296-2003，MOD)、IEC 60296-2012《變壓器和開關(guān)用未使用絕緣油規(guī)范》、ASTM D3487-2016《電氣設(shè)備用礦物絕緣油標準》；硅油有GB/T 21218-2007《電氣用未使用過的硅絕緣液體》(IEC 60836-2005，IDT)、IEC 60836-2015《電氣用未使用過的硅絕緣液體》、ASTM D4652-05(2012)《電氣絕緣未使用硅絕緣標準規(guī)格》；酯類有IEC 61099-2010《絕緣液體 用于電氣的未使用合成有機酯規(guī)格》、IEC 62770-2013《電工液體 變壓器及類似電氣設(shè)備未使用的天然酯》、ASTM D6871-2017《電氣設(shè)施中使用的天然(植物油)酯液體標準規(guī)范》，酯類沒有相應的國家標準。以上標準分別見表1、表2、表3。

表1 礦物型絕緣油標準

表2 硅絕緣油標準

礦物型變壓器油是從石油中提煉，富含環(huán)烷烴、鏈烷烴和少量芳香烴，具有優(yōu)異的電氣性能和抗氧化性能，該類油與硅油和酯油相比較，具有黏度小、閃點低、散熱好、使用過程易處理和價格便宜等特點。硅絕緣油與合成酯油是由化工生產(chǎn)得到，黏度大、閃點高、防火等級高，但價格昂貴。在相同條件下，酯絕緣油介質(zhì)損耗高于礦物油和硅油，體積電阻率低于礦物油和硅油[2]，從環(huán)保性能看合成酯油生物降解率高，礦物油生物降解緩慢，硅油不易降解。天然酯絕緣油的環(huán)保性能更好，但由于該類油黏度更大，傾點更高，其低溫性能和散熱性能不利于鐵路機車的不同溫度變化的工況，因此在我國鐵路機車上基本不使用。目前應用在我國高速動車組牽引變壓器油多為進口品牌的硅油、合成酯油，應用在電力機車上的變壓器油多為中國石油昆侖牌礦物型變壓器油。

2 礦物型電力機車變壓器油產(chǎn)品性能

我國自1958年研制出第一臺 “韶山1” 電力機車以來，即從SS1發(fā)展至SS9型，其變壓器油多用25號和45號變壓器油。2007年以后，鐵路部為實現(xiàn)電力機車深度國產(chǎn)化，由中國南車株洲電力機車引進消化吸收德國西門子公司先進的“歐洲短跑手”系列電力機車的設(shè)計與制造技術(shù)，向大秦鐵路提供“和諧1”型時速120 km的DJ4(9600 kW、八軸)大功率交流傳動電力機車，這種大功率電力機車裝機用油原采用進口變壓器油(Shell Diala DX)，后來被中國石油昆侖牌號KI50DX電力機車專用變壓器油所替代。KI50DX為礦物型環(huán)烷基變壓器油，質(zhì)量性能符合GB 2536-2011標準中高級別變壓器油，該產(chǎn)品自2008年開始在株洲電機公司HXD1、HXD1B、HXD1C等機車牽引變壓器上運行，部分變壓器已運行10年，運行里程達到200×104km。

近來在國內(nèi)市場上，電力機車牽引變壓器除了使用中國石油KI50DX/40DX電力機車變壓器油，大多就是殼牌公司的Shell Diala S3 ZX-I和S4，這兩種產(chǎn)品均滿足IEC 60296-2012指標要求，其中S4為殼牌公司新推出的天然氣合成油(GTL)。昆侖KI50DX/40DX變壓器油只滿足國家標準，不滿足IEC 60296-2012標準。

目前，隨著我國鐵路電車技術(shù)的迅猛發(fā)展及出口項目的推進，鐵路總公司在采購和諧電力機車的合同中已開始要求變壓器油質(zhì)量要符合IEC 60296-2012標準要求，電力機車制造商紛紛提出要求電力機車專用變壓器油應滿足IEC 60296-2012標準。其中，中車大連機車車輛有限公司隨著電力機車新產(chǎn)品的國產(chǎn)化，計劃將部分HXD3C型機車使用符合IEC 60296-2012的電力機車專用變壓器油代替進口Shell Diala S3 ZX-I及S4變壓器油。為了滿足市場需求，實驗室對KI50DX變壓器油進行了質(zhì)量升級(Petro 50DX)，并將該實驗室產(chǎn)品送往美國DOBLE公司進行評定，其質(zhì)量性質(zhì)及評定結(jié)果見表4。

表4 Petro 50DX電力機車變壓器油性質(zhì)

表4(續(xù))

從表4碳型分析看，KI50DX、Petro 50DX及Diala S3 ZX-I為環(huán)烷基變壓器油，具有優(yōu)良的電氣性能和低溫性能；Diala S4 ZX-I為天然氣合成油，具有石蠟基油特性，其傾點相對較高。從添加劑含量和氧化安定性結(jié)果看，質(zhì)量升級后的Petro 50DX變壓器油，在調(diào)整基礎(chǔ)油結(jié)構(gòu)及添加劑配方后，其氧化安定性滿足高級別指標要求，并且各項性能完全滿足IEC 60296-2012標準I類油高級別指標要求，未來可用于中國中車集團、大同ABB等電力機車牽引變壓器用油。

3 結(jié)論

(1)在鐵路牽引變壓器中，絕緣油根據(jù)其種類一般分為礦物油、硅油和合成酯油，通常用戶根據(jù)鐵路機車的車型和設(shè)計構(gòu)造來選擇不同的變壓器油。目前應用在我國高速動車組牽引變壓器油多為進口品牌的硅油、合成酯油，應用在電力機車上的變壓器油多為中國石油昆侖牌礦物型電力機車變壓器油。

(2)電力機車變壓器油具有優(yōu)異的電氣性能和抗氧化性能，該類油與硅油和酯油相比較，具有黏度小、閃點低、散熱好、使用過程易處理和價格便宜等特點。

(3)為滿足鐵路電力機車變壓器的使用需要和出口要求，保證鐵路電力機車的安全運行，實驗室對電力機車變壓器油KI50DX進行了質(zhì)量升級，升級后的產(chǎn)品經(jīng)美國DOBLE公司評定，各項性能完全滿足IEC 60296-2012指標要求，可用于中國中車集團、大同ABB等電力機車牽引變壓器用油。