可持续天然酯绝缘液在电力变压器中的应用：热氧化性能与牛皮纸兼容性研究

为解决矿物油的环境污染和氧化稳定性问题，研究人员开发了一种由菜籽油和棕榈仁油甲酯增强的新型绝缘液，并添加TBHQ和BHT抗氧化剂。结果表明，该液体具有优异的冷却效率（粘度12.15 cSt）、氧化稳定性（老化40天后密度仅增0.22%）和介电性能（老化后击穿电压54.7 kV），且与纤维素绝缘纸兼容，为变压器绝缘液提供了可持续替代方案。

　　

电力变压器是能源传输的核心设备，其绝缘系统的可靠性直接影响电网安全。传统矿物油虽性能稳定，但存在生物降解性差、毒性高及泄漏污染等问题。更棘手的是，天然酯类绝缘液作为环保替代品，却因氧化稳定性不足（尤其在开放式变压器中）而应用受限。如何平衡环保需求与性能要求，成为能源材料领域的重大挑战。

为破解这一难题，研究人员创新性地将富含单不饱和脂肪酸的菜籽油与高饱和度的棕榈仁油甲酯按50:50比例混合，并引入TBHQ和BHT两种抗氧化剂（各0.25 wt.%），开发出新型绝缘液CPA。通过40天130°C加速热老化实验，结合粘度、酸值、介电谱和Weibull统计等分析手段，系统评估了其热氧化性能和与牛皮纸的兼容性。

密度与粘度分析
CPA初始密度（0.887 g/cm³）低于商用油（0.912 g/cm³），老化后密度增幅仅0.22%，显著优于商用油的0.44%。其初始粘度（12.15 cSt）仅为商用油的32%，老化后粘度增长率（66.61%）也低于商用油（85.72%），证实抗氧化体系有效抑制了氧化副产物的聚合。

酸值与介电损耗
尽管CPA因棕榈仁甲酯水解导致酸值（1.90 mgKOH/g）略高于商用油（1.68 mgKOH/g），但介电谱显示其低频区损耗峰振幅始终低于未加抗氧化剂的CP样品，说明抗氧化剂通过阻断自由基链反应，减少了极性氧化产物的积累。

击穿电压可靠性
Weibull分析显示CPA初始击穿电压（57.2 kV）优于商用油（56.1 kV），老化后仍保持54.7 kV。其形状参数β值始终高于20，表明击穿电压数据离散度低，在1%失效概率下仍保持37.27 kV的安全裕度。

绝缘纸兼容性
FTIR光谱证实，CPA浸泡的牛皮纸在2100-2200 cm^-1处C≡N键吸收峰衰减最缓，表明抗氧化剂通过抑制油品氧化间接保护了纤维素-双氰胺交联结构。介电谱中100-200 Hz区间的损耗峰差异，主要源于甲酯水解产生的羧基极性基团弛豫。

这项发表于《Next Research》的研究具有三重突破：首次通过酯交换与抗氧化剂协同策略，将菜籽油的低温性能与棕榈酯的氧化稳定性有机结合；创建了水解/氧化路径的区分判据，为天然酯老化机制研究提供新视角；所开发的CPA液体在保持54.7 kV高击穿电压的同时，粘度仅为商用油的1/3，为热带地区变压器紧凑化设计奠定基础。未来可通过非均相催化工艺进一步降低介损，或对短链脂肪酸进行支链修饰以抑制水解，推动天然酯绝缘液在极地电网中的应用。