温度、水分、老化对变压器油中糠醛及绝缘纸老化评估的影响和修正

为修正温度、水分和老化对变压器油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响,该文在实验室条件下进行了加速热老化、吸潮和恒温平衡实验,制备出3种温度、4种老化程度和5种含水量组合的60组油纸绝缘样品。分别检测油、纸中的糠醛含量,计算糠醛在油纸间的分布比例,分析了温度、水分和老化对油中糠醛分布的影响并建立定量模型。研究结果表明,运行温度、绝缘含水量、老化程度的差别均会改变糠醛在油纸间的分布比例,导致油中糠醛含量的变化。油中糠醛比例与温度、水分含量正相关,与绝缘纸聚合度负相关。此外,建立了糠醛–聚合度方程,引入油中糠醛分布定量模型,结果表明该模型能够有效修正糠醛分布对绝缘纸老化评估的干扰,提高绝缘纸老化评估的准确性。     

水分和酸对油纸绝缘老化的协同加速作用研究

为研究水分和酸对油纸绝缘老化的协同加速作用,将不同初始含水量的绝缘纸和不同初始含酸量的绝缘油组成的油纸绝缘在110℃下进行加速热老化试验,并对其老化后绝缘纸的聚合度进行测试分析。结果表明:随着水分和酸初始含量的增加,油纸绝缘的初始降解速率和老化各阶段的平均降解速率均增加。单独增加油纸复合绝缘中的水分或酸含量时,绝缘纸在各个老化时间段的平均降解速率增加不明显。当油纸复合绝缘中的水分和酸的含量同时增加时,则绝缘纸在各个老化时间段的平均降解速率增加显著。酸添加量相同时,分子量越小的酸对绝缘纸的加速老化作用越明显。     

基于频域介电谱和多输出支持向量回归的变压器油纸绝缘状态评估

为分别评估变压器油纸绝缘的老化程度和水分含量,文中通过加速热老化试验和吸潮实验制备了不同老化程度下含水量不同的油浸绝缘纸试品,测试了试品的介损因数频谱和阻抗相位频谱,分析了老化、水分对油纸绝缘频域介电谱特性的影响。采用多输出支持向量回归算法(multi-output support vectorregression,M-SVR)逼近频域介电谱曲线与油纸绝缘老化和水分之间的非线性映射关系,据此预测油纸绝缘试品的老化程度和水分含量。研究表明,对于含水量在0.5～5.6%范围内、具有不同老化程度的试品,M-SVR对含水量的预测精度较高,而对老化程度的预测精度较低,且均高于RBF神经网络;根据油纸绝缘试品的聚类分析结果,发现与老化程度相关性较大的第1、2类试品,M-SVR对其老化程度的预测精度明显提高,含水量预测精度变化不大。     

水分和氧气对油纸绝缘老化的影响

为探究水分和氧气对油纸绝缘老化过程的影响机理,通过设计不同水分和氧气含量的矿物油纸绝缘在不同温度下的加速热老化试验,测量其绝缘纸聚合度和油中糠醛浓度,并验证了水分、氧气影响因素条件下聚合度变化对二阶动力学模型参数的影响。结果表明:水分和氧气对油纸绝缘加速老化作用明显;水分含量较低时,水分和氧气有相互抑制作用,油中氧气会阻止水分和纤维素相互作用,并且随着氧气含量的增加其作用越来越明显,从而降低绝缘纸的老化速率;水分和氧气含量及绝缘纸类型会影响老化过程中糠醛的变化趋势。     

变压器油纸绝缘老化动力学模型及寿命预测

变压器固体绝缘材料（绝缘纸）寿命决定其使用年限,温度和水分是影响绝缘纸纤维素老化降解最主要的因素。以油浸变压器内广泛应用的＊25变压器油和普通牛皮纸为实验原料,模拟变压器实际生产流程,制作初始水分质量分数分别为1％、3％、5％的油纸绝缘试品,并将3个水分质量分数的油纸绝缘试品分别在90℃、110℃和130℃下进行了长期...     

用于评估油纸绝缘热老化状态的极化/去极化电流特征参量

极化/去极化电流法能灵敏反映介质的绝缘状态,已被应用于变压器油纸绝缘的水分评估中,但通过该方法定量分析油纸绝缘的老化状态尚未见研究报道。为此,对油纸绝缘开展了110°C加速热老化试验,测量了不同老化时间下油纸绝缘样品的极化/去极化电流。通过分析极化/去极化电流特性的变化,提出了一种反映油纸绝缘热老化状态的新特征参量—去极化电量。研究结果表明,试品的去极化电流随老化程度加深不断增大,但其增大趋势微弱,而提出的去极化电量曲线则对试品绝缘老化状态反应极为敏感,且从该曲线中提取的系数A和最大值C这2个特征参量与绝缘纸聚合度满足一阶动力学模型关系式,可以用作评估油纸绝缘热老化程度的特征参量。     

初始水分含量对油纸绝缘热老化特性的影响

为探讨初始水分含量对变压器油纸绝缘老化过程的影响机制,设计了绝缘纸初始水分质量分数分别为1%、3%、5%的矿物油-纸绝缘试品在90°C下的加速热老化试验,定期取样测量了绝缘纸聚合度、油纸绝缘水分质量分数、油中糠醛质量浓度、油中酸值等特征参量。然后,在分子模拟软件内建立了不同含水量的矿物油分子、糠醛分子、水合氢离子模型,通过分子动力学模拟技术计算了糠醛分子及水合氢离子与不同水分含量油分子模型之间的扩散系数、相互作用能、径向分布函数。实验结果表明:绝缘纸和矿物油中水分含量在老化过程中均是波动的,油中糠醛和酸值在老化过程中的变化趋势未与绝缘纸聚合度的下降规律相对应,受系统水分含量的影响较大。分子模拟结果表明:水分的增加显著降低了糠醛及小分子酸的扩散能力,并与糠醛及小分子酸形成稳定的氢键;同时,水分与糠醛及小分子酸的极性作用改变了彼此的相互作用能。实验数据与分子模拟结果相互验证,为深入研究油纸绝缘的老化机理及诊断提供了理论参考。     

绝缘纸热老化对油浸绝缘纸空间电荷生成及迁移特性的影响

油纸绝缘介质在高压直流电场的作用下容易在其内部积聚空间电荷,造成电场畸变进而引发材料绝缘性能的下降,为了深入探索油纸绝缘系统空间电荷的生成机理,研究区分绝缘纸老化和绝缘油老化对油纸绝缘介质空间电荷生成及迁移的影响具有重要意义。首先将纤维素绝缘纸在130℃下进行加速热老化,然后将不同老化状态绝缘纸浸渍新绝缘油,得到不同老化状态的油纸试品,最后运用电声脉冲(PEA)法研究油纸试品的空间电荷注入、迁移和消散特性,并分析单纯绝缘纸老化对油纸绝缘试品在加压和去压过程中的空间电荷总量变化规律的影响,以及对油纸试品表面陷阱能级密度分布的影响。结果表明:随着绝缘纸老化程度的加深,加压过程中阳极处的正电荷密度峰值以及试品内部负电荷密度峰值逐渐增大,去压后空间电荷衰减速率减小;绝缘纸老化越严重,试品内部积聚的空间电荷总量、试品的表面陷阱能级密度也越大。与绝缘油老化对油浸绝缘纸空间电荷特性的影响相比发现,绝缘油与绝缘纸的老化均会改变油纸绝缘介质空间电荷分布,增大空间电荷注入总量,从而对材料绝缘性能造成巨大影响。     

高压交流套管的油纸绝缘热老化特性及寿命模型研究

为研究高压交流套管的油纸绝缘热老化特性,用套管用绝缘油、绝缘纸及铝箔纸自制成样品并分别在90℃、100℃、130℃三种温度下进行加速热老化。对热老化过程中反映油纸绝缘材料样品老化状态的理化特征参数进行测试与分析。同时,对套管缩比模型在100℃进行电热联合老化实验,测试分析其在老化过程中相应的介电响应曲线,测试套管在绝缘失效并解体后的绝缘电气/理化参数。结果表明:对于套管的多层油纸屏障结构,最外层油纸绝缘是套管绝缘特性的薄弱点。油纸材料样品与套管缩比模型在老化过程中最外层绝缘纸的聚合度下降速率均最快,内层较慢,分析认为水分和油酸在各层间的分布规律是导致该现象的主要原因;相比传统的工频电容值,低频段对应的电容值对绝缘状态变化反映更为灵敏。以油纸绝缘材料样品最外层绝缘纸的聚合度随温度与时间变化数据为依据,建立了套管油纸绝缘热寿命模型,并初步验证了该模型的有效性。     

聚合度对油纸绝缘时域介电特性影响研究

为了研究绝缘纸聚合度(简称DP)对油纸绝缘时域介电特性的影响,搭建了油纸绝缘极化电流特性测试平台,应用该平台测试了不同初始酸值、初始水分分别和不同聚合度绝缘纸组成试样的极化去极化电流,并画出相应的时域介电谱,最后拟合得到不同初始水分、酸值情况下峰值时间常数与DP变化的公式。结果表明:绝缘纸DP作为单一变量变化时并不会对油纸绝缘时域介电特性产生影响,此时并不能用DP作为油纸绝缘的老化特征量;只有在水分和小分子酸等极性分子存在并扩散到绝缘纸内部形成界面极化时,不同DP对油纸绝缘时域介电特性影响差异才能体现出来;水分或酸值含量升高,时域介电谱整体向左上方平移,峰值变大,峰值时间常数减小,峰值时间常数与DP之间的拟合优度提高。通过基于绝缘纸DP的老化动力学模型来评估变压器剩余寿命时,要参考油纸绝缘中水分、酸等极性分子的含量。     

基于FDS的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法

搭建了频域介电谱(FDS)技术测试试验平台,测试了不同老化程度和不同水分含量油浸纸样品的复介电常数,并对测试结果进行对比分析。分析结果表明:绝缘纸聚合度的降低使油浸纸样品的复介电常数实部和虚部在低频段增大,而在高频段基本不变;绝缘纸水分含量的增加使油浸纸样品的复介电常数实部在10~2 Hz以下的频域范围内增大,虚部在整个测试频域范围内增大,且虚部曲线随水分含量的增大呈现向右平移趋势。提出利用复介电常数虚部的等效下降幅度作为绝缘纸聚合度映射特征量,以此评估油浸纸的老化状态。拟合出特征频率10~(-4) Hz处复介电常数实部与水分含量的关系式,以此提出一种适用于不同老化程度和油浸纸水分含量的频域介电特征量评估方法。     

扩展Debye模型大时间常数与变压器油纸绝缘老化的定量关系研究

目前,应用极化/去极化电流(PDC)法量化变压器油纸绝缘系统老化状态需深入研究,为了推动该研究工作,通过一系列加速热老化试验以及吸潮试验制备了不同老化状态和水分含量的油纸绝缘样品,测量了样品的PDC图谱;借助扩展Debye电路模型拟合了PDC图谱并获取了模型参数,在深入研究老化对Debye模型参数的影响规律后提出了时域介电特征量扩展Debye模型大时间常数来量化绝缘纸板老化状态。研究结果表明,扩展Debye模型大时间常数与绝缘纸板的聚合度存在较好的指数关系,但与样品的绝缘尺寸无关。     

基于PSO-ELM的变压器油纸绝缘状态无损评估方法研究

油浸式电力变压器作为电网中的重要组成部分,其可靠运行至关重要。针对变压器长期运行后无法定量评估其绝缘状态的问题,本文开展了油纸绝缘模型的加速老化及受潮试验,探明了油纸绝缘老化及受潮程度对其回复电压曲线的影响规律,并提出采用粒子群优化（PSO）改进极限学习机(ELM)的参数预测方法,实现了基于回复电压曲线特征参量的油纸绝缘老化与受潮状态量化评估。通过对油纸绝缘模型理化性能分析的对比结果可知,基于PSO-ELM方法的预测值精度远高于传统ELM方法,油纸绝缘内含水率及纸板聚合度预测的绝对误差范围分别小于±0.4%、±30。     

变压器油纸绝缘热老化特性及特征量研究

对25#变压器矿物油、以BIOTEMP为代表的植物绝缘油、普通牛皮纸和热稳定绝缘纸材料构成的油纸绝缘试品进行了加速热老化实验,对老化过程中绝缘纸的聚合度变化规律及老化特性进行了对比分析,并对油中水分、糠醛含量这两个重要的老化特征参量的变化规律及其与聚合度的相关性关系进行了研究。研究的主要目的是探索新型绝缘材料的老化特性,为传统的老化特征参量应用于新型油纸复合绝缘材料构成的变压器老化诊断提供依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定基础。     

电力变压器用绝缘纸热老化微观机理的X射线衍射分析

温度是油纸绝缘老化的主要因素。笔者设计了油浸式电力变压器常用的普通牛皮纸和环烷基矿物油复合绝缘在90℃下长达370 d的热单因子老化试验。利用XRD(X射线衍射)定期测量不同老化状态的绝缘样品,对比分析了绝缘纸的聚态结构的变化情况,并深入讨论绝缘纸聚合度下降的动力学过程。研究结果表明:绝缘纸在老化过程中,纤维素氢键和糖苷键发生断裂,引起聚合度下降,结晶区遭受破坏,晶粒尺寸减小,导致纤维素分子间作用力减弱,热裂解活化能降低;老化过程中,绝缘纸纤维素晶体类型不变,聚合度的下降规律符合二阶动力学模型,相对结晶度的变化规律能很好地解释聚合度的变化规律。     

变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系

为了更好地将频域介电谱技术用于无损诊断变压器油纸绝缘老化状态,通过频域介电谱测试了不同老化程度油纸绝缘试品的频域介电特征量。研究了油纸绝缘试品的相对介电常数、介质损耗因数、电容、体积电导率与频率和绝缘纸老化状态的关系,在分析温度对油纸绝缘试品频域介电特征量影响规律的同时,提出了求解油浸绝缘纸活化能的新方法。结果表明:油纸绝缘试品在10 3～100Hz的频域介电特征量能反映其老化状态;不同老化程度油纸绝缘的电容C(DPt)或相对介电常数r(DPt)在10 3Hz、10 2Hz、10 1Hz的值分别与绝缘纸聚合度差值(DP0 DPt)存在二次多项式函数关系;利用油纸绝缘试品tan曲线求解出的油浸绝缘纸(DP=880)活化能为96.65kJ/mol,利用"频温平移因子"可将已知测试温度下的频域介电特征量推广到未知温度,解决了测试温度不同对FDS结果带来的影响。     

水分对油纸绝缘热老化速率及热老化特征参量的影响

本文设计了在110℃和130℃下初始含水量分别为1%、3%、5%的绝缘纸试品在变压器油中的老化试验。系统地研究了不同初始含水量对油纸绝缘热老化速率的影响,分析对比了老化过程中的绝缘纸聚合度、纸中含水量、油中含水量、油中糠醛含量、油中酸值等老化特征参量的变化趋势。研究结果表明:初始含水量从1%增长到3%的绝缘纸平均降解速率的增长率比初始含水量从3%增长到5%时大得多,且从3%增长到5%时降解速率的增长率已经很小,有趋于饱和的趋势;老化过程中油中水分与纸中水分均是波动的,二者的波动幅度有较好的正相关关系,且二者整体上波动趋势的关系与初始含水量有关;水分含量及其变化趋势能影响老化过程中糠醛、酸等老化特征产物的变化趋势。因此本文提出应根据整个老化过程中油、纸二者水分含量整体上波动趋势的关系及波动幅度的大小来对变压器油纸绝缘进行状态评估及受潮分析,并建议在根据传统的油中糠醛、酸值等老化特征参量来对油纸绝缘进行状态评估及故障诊断时需充分考虑水分的影响。     

Effects of Moisture on Furfural Partitioning in Oil-Paper Insulation System and Aging Assessment of Power Transformers

The furfural concentration in oil is a well-accepted chemical marker indicating the aging condition of power transformers. However, recent researches suggest that the furfural concentration in oil is affected by moisture, because moisture influences the furfural partitioning ratio in oil-paper insulation system. In this study, the correlation of moisture and furfural partitioning ratio was investigated. The accelerated thermal aging test and moisture absorption test were conducted to prepare oil-paper samples with different furfural and moisture concentrations. For samples with different moisture concentrations, the furfural partitioning ratios between oil and paper were compared. Results showed that samples with high humidity exhibited a high furfural mass fraction in oil. This finding implied that high humidity promoted the furfural diffusion from paper to oil. Further, the interference of moisture on aging assessment of insulation paper was analyzed. Results showed that the increase of moisture concentration in oil-paper system would significantly affect the accuracy of insulation paper aging assessment. A corrected equation for aging assessment of insulation paper with different moisture concentrations was established. Verification result showed that the equation could effectively correct the interference of moisture and enhance the accuracy of the aging assessment of insulation paper.     

不同油纸复合绝缘老化糠醛生成规律

为研究不同绝缘组合材料老化糠醛生成的规律特点,通过不同油纸复合绝缘在3种温度下276d的老化试验,对不同温度同一绝缘组合、同一温度下不同绝缘组合的油中糠醛质量浓度随老化时间的变化情况进行了研究;对不同绝缘系统油中糠醛与绝缘纸聚合度DP的关系进行了比较分析。结果表明,不同绝缘系统的油中糠醛质量浓度随老化时间增加而增加;不同温度下各绝缘系统油中糠醛质量浓度由多到少的顺序为:#25普通变压器油与普通绝缘纸组合,BIOTEMP油与普通绝缘纸组合,#25普通变压器油与Munksjo热稳定纸组合,BIOTEMP油与Munksjo热稳定纸组合;温度对各绝缘系统油中糠醛质量浓度的影响也有同样的顺序;各组合下油中糠醛与DP有较好的线性关系;不同绝缘系统的油中糠醛产生速率与温度满足Arrhenius方程。