1 實(shí)驗(yàn)研究的背景
　　在電力系統(tǒng)輸變電過(guò)程中，變壓器作為電能傳輸?shù)闹匾h(huán)節(jié)，擔(dān)任著改變電壓等級(jí)、服務(wù)電能傳輸?shù)闹匾姑浒踩€(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到整個(gè)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。大量針對(duì)變壓器的故障研究根據(jù)國(guó)內(nèi)外的變壓器運(yùn)行統(tǒng)計(jì)來(lái)看，容量和電壓較高的變壓器故障率也較高，并且表明：因變壓器絕緣問(wèn)題造成變壓器的故障是變壓器故障的最重要類型之一，尤其是隨著電力系統(tǒng)的電壓等級(jí)越來(lái)越高，長(zhǎng)期運(yùn)行在電力系統(tǒng)中的變壓器絕緣特性的逐步惡化問(wèn)題顯得更加突出。因此，改善變壓器運(yùn)行的絕緣特性，抑制變壓器內(nèi)絕緣老化，從而減少絕緣故障。
　　電網(wǎng)中的主要核心變壓器大都是液浸式的，它們的運(yùn)行狀態(tài)若是有安全隱患，就會(huì)明顯影響到電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，液浸式電力變壓器的主絕緣目前基本都是使用技術(shù)相對(duì)成熟的油紙絕緣，絕緣油在主絕緣中擔(dān)任絕緣和散熱的重要角色。雖然油紙絕緣的技術(shù)相對(duì)成熟，運(yùn)用也相當(dāng)?shù)亩?，但是隨著工作時(shí)間的增長(zhǎng)，在高強(qiáng)的電磁場(chǎng)和高溫等作用下，油紙絕緣的壽命也逐漸縮短，各種老化問(wèn)題也相繼出現(xiàn)，而其中對(duì)絕緣壽命影響最大的就是高溫?zé)崂匣匣瘯?huì)造成變壓器主絕緣的機(jī)械性能下降，使得在突發(fā)外部短路故障情況下，線圈極容易發(fā)生變形而導(dǎo)致絕緣紙受到機(jī)械損壞、喪失絕緣能力并最終引發(fā)事故。為了解決這一問(wèn)題，近年來(lái)對(duì)絕緣油的優(yōu)化研究比較火熱，而納米流體作為一種新型的復(fù)合材料具有其獨(dú)特的性能，國(guó)內(nèi)外研究也表明納米顆粒的加入確有提高絕緣油性能的作用。因此，許多電力工作者也嘗試著將納米材料添加到絕緣油中，優(yōu)化以往的普通絕緣油，以形成新的絕緣系統(tǒng)。
　　2 納米改性變壓器油的制備
　　（1）表面改性。改性物質(zhì)為六甲基二硅氮烷，加入后其在二氧化硅表面水解，反應(yīng)取代二氧化硅表面其中一個(gè)羥基。將適量的二氧化硅放入三口瓶容器中，攪拌、加熱并恒溫放置一段時(shí)間。再取一定量乙醇置于三口瓶中，攪拌分散均勻后加入六甲基二硅胺烷，升溫至回流溫度進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完畢后，用乙醇離心洗滌3次所得懸浮液，并將其干燥至重量恒定即得改性二氧化硅納米顆粒。
　　（2）強(qiáng)力機(jī)械攪拌。調(diào)節(jié)攪拌器轉(zhuǎn)速逐漸升至1600r/min，時(shí)間30分鐘，攪拌完成后，密閉封裝，置于陰涼干燥處?kù)o置。攪拌裝置和制作得到的不同濃度的改性油。
　?。?）超聲分散。將機(jī)械攪拌后的納米油進(jìn)行超聲分散，以去除機(jī)械攪拌過(guò)程中溶入的氣泡。放入超聲儀器中設(shè)置功率180W去氣泡30分鐘。
　?。?）分子篩。采用3A型分子篩對(duì)納米油進(jìn)行脫水處理，將分子篩加熱至300℃進(jìn)行活化處理，持續(xù)3-4小時(shí)，然后隔絕空氣冷至室溫。將分子篩加入納米油，靜置24小時(shí)，再將分子篩去除即得納米改性變壓器油。
　　3 分析納米改性變壓器油的穩(wěn)定性
　　影響改性油的兩個(gè)因素：一是改性所用納米顆粒的表面特性，即納米顆粒的親油性強(qiáng)弱；二是改性所用納米顆粒的平均粒徑大小，粒徑越大，納米顆粒越容易沉降，改性納米油越不穩(wěn)定，粒徑越小，在變壓器油中納米顆粒越不容易沉降，改性納米油越穩(wěn)定。所以，此次用的親油性納米二氧化硅的粒徑為7nm左右，粒徑非常小，分散在變壓器油中穩(wěn)定性非常好，放置長(zhǎng)久時(shí)間也不會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象。
4 加速熱老化實(shí)驗(yàn)
研究納米顆粒對(duì)變壓器油的老化特性的影響，需要進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，對(duì)比分析得到不同特征參數(shù)隨老化時(shí)間的變化情況。
（1）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。選取新疆克拉瑪依25號(hào)礦物變壓器油，并采用100℃作為試驗(yàn)溫度，放置于老化箱中，選取7天為一個(gè)測(cè)試周期共35天。在進(jìn)行加速熱老化實(shí)驗(yàn)時(shí)，變壓器油的閃點(diǎn)溫度為150℃左右，如果油的溫度在閃點(diǎn)溫度或者更高，油就可能蒸發(fā)而體積膨脹，這對(duì)于變壓器來(lái)說(shuō)是非常危險(xiǎn)，可能引發(fā)爆炸。而溫度過(guò)高或者過(guò)低，老化機(jī)理可能與實(shí)際情況不符，這樣就失去了實(shí)驗(yàn)研究的意義。
（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量。對(duì)于實(shí)驗(yàn)特征參數(shù)的測(cè)量，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體情況，部分參數(shù)選用高性能儀器測(cè)試，采用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法，對(duì)微水含量、酸值、擊穿電壓、介質(zhì)損耗和電阻率進(jìn)行人工測(cè)試。
（3）測(cè)量結(jié)果對(duì)比分析。除了單獨(dú)的分析老化前和老化后參量的變化情況，還對(duì)兩者進(jìn)行了對(duì)比分析。一是介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量，改性后的變壓器油相對(duì)于純油要小，絕緣性能更好，在整個(gè)老化的過(guò)程中變化幅度也較小，說(shuō)明更加抗熱老化；二是擊穿電壓測(cè)量，改性油較純油要高出許多，下降程度比純油要??；三是酸值方面，兩者測(cè)量值相差較小，變化趨勢(shì)也相近，各周測(cè)量值變化不大，波動(dòng)較大，一方面由于滴定的誤差，另一方面也是由于老化時(shí)間可能不夠?qū)е滤嶂底兓皇呛艽?；四是微水含量方面，都是隨老化時(shí)間增加呈下降趨勢(shì)，不同油樣的微水含量相差不大，而納米顆粒濃度較高的改性油反而比濃度低的微水含量要高，證明納米二氧化硅具有親水性，所以帶入的初始水含量較高。