油绝缘典型电极放电产气特性对比分析

少油类设备内部通过填充绝缘油进行内部绝缘,因内部空间小,在发生放电或过热故障时,会引起绝缘油关键参量劣化而产生大量H₂、烃类气体、CO和CO₂等油中溶解气体,故障严重时会导致设备爆炸,损失巨大。设计了一种少油类设备放电试验系统,获得了放电后油中气体扩散特性,开展了典型缺陷所对应的3种典型电极（板板电极、球球电极（球纯油球、球纸板球）和针板电极）在不同间隙距离、不同放电时间下的产气量对比研究,研究结果表明：板板电极放电下,直接加压至击穿产气量较小,球球电极和针板电极放电产生的C₂H₂和H₂呈现饱和趋势,在相同的间隙距离和放电时间下,针板电极产气量最大,球球电极次之,产气量最小的是板板电极,在1 mm间隙下,球纯油球较球纸板球布置下的电极放电过程剧烈,产气量大。获得了3种典型电极油中放电气体含量变化规律,主要结论对于少油类设备产气下的故障分析具有重要的意义。     

高热故障下变压器油纸绝缘系统的产气机理研究

针对高热故障下超/特高压变压器内部绝缘系统状态变化和产气机理不清晰而严重制约变压器状态分析诊断的问题,本文基于热焓理论与仿真模拟手段相结合的方式对超/特高压变压器高热故障下油纸绝缘系统特征气体的生成路径与油纸绝缘系统的裂解机理开展研究。依据热焓理论得到气体的生成机理,并利用仿真模拟验证本文所提出的产气机理与路径。结果表明：高热故障下油纸绝缘系统中链烷烃要比环烷烃和双环芳香烃更容易发生裂解,各组分裂解生成特征气体的速率从大到小依次为纤维素、链烷烃、环烷烃、双环芳香烃。根据气体生成能可知,特征气体CH₄和C₂H₆最容易生成,C₂H₂最难生成,可通过特征气体在油纸绝缘系统中的生成速率判断高热故障的严重程度。     

变压器绝缘油中金属钝化剂的降解产气机制研究

相关研究表明,向油浸式电力变压器中添加金属钝化剂会导致油中溶解气体生成异常,为更好地了解油纸绝缘中苯并三氮唑类钝化剂的降解产气过程,指导绝缘油变压器故障诊断,选用在油浸式电力变压器中广泛使用的金属钝化剂——苯并三氮唑(Benzotriazole,BTA),在分子模拟环境下构建BTA分子模拟体系,基于ReaxFF反应力场对2000～3000K下BTA分子模拟体系的热解过程进行分子动力学模拟,并进一步结合BTA的热重试验分析与油纸绝缘中BTA在热场作用下的试验研究,从微观与宏观两个层面综合分析油纸绝缘中BTA的降解产气机制。仿真结果表明,BTA热解会生成小分子烃类自由基、小分子烃类化合物以及H·、N·等自由基,最终形成低分子烃类气体与H₂、N₂、NH₃等无机产物。宏观试验结果表明,BTA随温度的升高不断发生热解,油中BTA的加入会导致油中溶解气体生成异常,其中H₂、CO₂、CO含量明显上升,但总烃含量反而下降。结合微观分子模拟仿真分析、油中溶解气体及绝缘油相关理化参量的宏观变化规律...     

三元混合式绝缘油和矿物油的雷电冲击击穿及产气特性对比分析研究

混合绝缘油由于能统筹兼顾矿物油和植物油的优点而受到国内外研究学者的广泛关注。该文以矿物油为参比,针对一种新型三元混合式绝缘油的雷电冲击击穿及产气特性开展对比研究,分析比较极不均匀电场形式下油隙长度为5～25mm的两种油品分别在正、负极性雷电冲击电压作用下的击穿电压、放电发展速度和产气含量的差异。结果表明:在正极性雷电冲击电压下,三元混合式绝缘油与矿物油的雷电冲击击穿电压相差不大;在负极性雷电冲击电压下,矿物油的雷电冲击电压约是三元式混合绝缘油的1.5～3.5倍;矿物油在正、负极性雷电冲击电压下的放电发展速度均大于三元混合式绝缘油;随着针-板油隙距离的增大,两种油品的击穿电压和放电发展速度均呈现不同幅度的增长;在正、负极性雷电冲击击穿相同次数后,三元式混合绝缘油中溶解的气体含量显著小于矿物油;油中溶解的H_2、C_2H_2是三元混合式绝缘油电弧放电分析的首选特征量。     

天然酯绝缘油加速热老化时油中溶解气体研究

对3种不同微水含量的FR3?型天然酯绝缘油试样进行加速热老化试验,并与同等条件下的矿物绝缘油进行老化对比试验,分析两种油中溶解气体随老化时间的变化情况。结果表明:在同等条件下,天然酯绝缘油老化过程产生气体的速率和含量均远高于矿物油的;微水含量为50~2μL/L时,微水含量的差异对老化产气的影响可忽略;绝缘油表面氧气氛围的存在对天然酯老化产气的影响比较大,有氧气存在时,相同老化时间内油中溶解的氢气、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯的含量均升高,而一氧化碳含量则降低。     

油浸式绝缘系统放电故障下气-液两相特征气体变化规律研究

油浸式系统中快速发展的放电故障具有产气量大、产气速率快等特点,以致于产生的特征气体来不及在油中溶解,绝大多数特征气体逸散至油面上进入瓦斯继电器,导致可用于变压器诊断及预警的大量有效气体无法及时达到溶解平衡,使得目前电力行业常用的油中溶解气体分析方法无法准确诊断故障。基于此,本文搭建油浸式绝缘系统快速发展放电故障下的油面气体产气规律研究试验平台,获取了油浸式绝缘系统在快速发展放电故障下的油面特征气体信息。结果表明：故障发生后的短时间内液相中特征气体浓度不会明显增加,而此时气相中存在大量特征气体;当系统中存在高能放电时,CO、CO₂、CH₄、H₂会在油面上大量汇集,这4种气体可作为高能放电故障表征依据;在此基础上,发生火花放电时,C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂也会在油面上汇集,可作为火花放电诊断辅助依据。     

变压器油中溶解气体在线监测系统设计

为提升电力行业供给侧安全与稳定，实现变压器的全方位监测，设计了基于可调谐二极管激光吸收光谱与波长调制技术的变压器油中溶解气体监测系统。该系统根据变压器的七种基本故障特征气体的近红外吸收波段，选择波长为1579nm、1653nm、1680nm、1532nm的四个分布式反馈蝶形激光器，实现了CO、CO₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂六种气体的TDLAS测量，选用半导体氢气传感器实现H₂测量，并基于最小二乘的分段线性拟合完成二次谐波到气相浓度、气相到液相的转换计算。高浓度测试中，烃类气体与H₂的相对偏差在5%以内，碳氧化合物的相对偏差不超过10%，满足变压器的检测需求。     

Ni掺杂单层PtSe2检测变压器油中溶解气体CH4和C2H4的DFT研究

甲烷(CH₄)和乙烯(C₂H₄)是变压器故障的重要特征气体，其组分可以有效反应变压器的运行状态。为实现特征气体的快速精准检测，文中提出一种新型材料Ni掺杂单层PtSe₂(Ni-PtSe₂)用于检测变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄的检测方法。基于第一性原理密度泛函理论，文中对单层Ni-PtSe₂吸附变压器油中溶解特征气体CH₄和C₂H₄进行理论计算，从理论上探讨单层Ni-PtSe₂在气体吸附前后的几何结构、单层NiPtSe₂电子态密度以及能带结构的变化。计算发现，CH₄和C₂H₄气体吸附体系的吸附能分别为-1.536 eV和-2.502 eV，表明单层Ni-PtSe₂对两种特征气体的吸附均为化...     

温度陡升下硅橡胶材料电热裂解的反应力场模拟

运行中的复合绝缘子出现闪络等事故时伴随有温度陡升现象，加之电场的协同作用，使得复合绝缘子用硅橡胶材料迅速裂解破坏。通过建立硅橡胶分子模型，基于反应力场模拟探究温度陡升下材料的电热裂解机理与特性，以期弥补宏观试验的部分局限性。结果表明：温度和电场对裂解的作用机制不同，温度占主导，电场能降低裂解温度，加速材料劣化；裂解过程由Si-C键的断裂引发，CH₄、H₂、C₂H₄、C₂H₂、H₂O为不同裂解阶段的主要产物；随着硅橡胶主链上甲基大量脱落，Si-CH₃键数量下降约40%，主链结构进一步破坏形成交联结构，Si-O-Si键与Si-C键数量比及碳氢比持续升高，最大分别为裂解前的2.93倍和1.87倍；以H₂为主的杂质气体产物扩散聚集，材料内产生空隙，结构发生重组，最终导致绝缘失效。     

三元混合式绝缘油与绝缘纸板“液–固”组合体系的沿面闪络特性

油浸式电力变压器中油-纸绝缘体系的"液–固"交界面易发生沿面闪络,导致变压器绝缘失效。为考察新型三元混合式绝缘油对油-纸绝缘体系沿面闪络电压的提升效果,为此以矿物油–纸绝缘为参比,研究了交流电压下三元混合式油–纸绝缘体系的沿面闪络特性,分析了沿面闪络电压、油浸纸板表面损伤、以及沿面闪络后的油中溶解气体特性。结果表明:当针–板电极间距离由5 mm增大至20 mm时,与矿物油–纸绝缘体系相比,三元混合式绝缘油-纸绝缘体系的沿面闪络电压约高10%~20%,主要原因在于三元混合式绝缘油–纸绝缘体系中针电极尖端的电场值较小,且三元混合式绝缘油的击穿性能优于矿物油。经历多次沿面闪络后,三元混合式绝缘油浸渍纸板的表面损伤程度弱于矿物油浸渍纸板,且三元混合式绝缘油中溶解的C2H2及总烃类气体含量低于矿物油。该结果为安全应用三元式混合绝缘油提供了数据支撑。     

β-Ga2O3对变压器油中乙炔气体的吸附性能研究

乙炔(C₂H₂)是油浸式电力变压器油中用来评估故障发生的重要特征气体，对其进行在线监测能实时有效反映变压器的运行状况。针对传统的气体传感器对特征气体存在响应不灵敏的问题，本文中作者采用一种超宽禁带半导体材料(氧化镓(β-Ga₂O₃))作为气体传感器来检测故障特征气体C₂H₂。通过第一性原理计算方法研究了β-Ga₂O₃的结构和电子性质，并对其气体敏感机理和吸附性能进行了分析。首先，通过结构优化确定C₂H₂气体在β-Ga₂O₃表面的最佳吸附位置；其次，通过进一步分析吸附模型的电荷密度差分、吸附能、电子态密度、能带结构和功函数获得C₂H₂气体在β-Ga₂O₃表面的吸附行为；最后，结果表明β-Ga₂O₃对...     

绝缘油的气相色谱测试诊断与测试装置

变压器采用油纸组合绝缘,其内部潜伏性故障产生的烃类气体来源于油纸热分解。含有不同化学键的碳氢化合物有着不同的热稳定性,绝缘油随着故障点温度的升高裂解生成烃类的顺序是烷烃、烯烃和炔烃。由于油热裂解生成的每一种烃类气体都有一个相应最大产气率的特定温度范围,故绝缘油在各不相同的故障性质下,产生不同成分、不同含量的烃类气体。     

热故障下天然酯绝缘油中溶解气体分析

开展了天然酯绝缘油与矿物绝缘油在200~700℃的热故障模拟试验研究,并对产生的溶解气体进行对比分析。结果表明:由于自身的成分组成特性,天然酯绝缘油和矿物绝缘油Ostwald系数存在着一定的差异。在相同的热故障条件下,天然酯绝缘油产气速率与产气量远高于矿物绝缘油,且产生的C_2H_6、CO和CO_2等3种气体含量占气体总含量的90%以上,且主要特征气体和次要特征气体存在着一定差异,现有的适用于矿物绝缘油的故障类型诊断方法并不适用于天然酯绝缘油。     

天然酯绝缘油在油纸界面放电故障条件下的分解产气特性研究

选取菜籽基天然酯绝缘油与矿物绝缘油及两种绝缘油的油浸纸板为研究对象,开展纯油击穿与油纸沿面闪络两种类型的放电故障试验,通过油中溶解气体分析方法研究故障后两种绝缘油产生的油中溶解气体类型与含量,并对比分析两种绝缘油产气特性差异及油纸界面对产气特性的影响。结果表明:在击穿类型放电故障条件下,两种绝缘油产生的溶解故障特征气体类型相同,均为CH_4、C_2H4_、C_2H_6、C_2H_2、H_2、CO、CO_2;相同故障条件下,天然酯绝缘油相较于矿物绝缘油会产生更多的CO;当放电故障发生在油纸界面处时,两种绝缘油中的故障产气量增多,且CO的含量占比上升。     

基于分子动力学模拟的植物绝缘油过热分解产气特性

为更好地了解植物绝缘油的产气过程,指导植物绝缘油变压器故障诊断,从宏观和微观两个层面研究了山茶籽绝缘油的热分解过程。通过实验研究了山茶籽绝缘油在363～403 K温度下经过5、10、15、20天热分解的产气特性和酸值变化规律。采用Reax FF反应力场构建山茶籽绝缘油模拟体系,通过分子动力学(MD)仿真,模拟植物绝缘油中分子在1400～2200K温度下的分解过程,得到其产物信息;并通过跟踪观测模拟体系中的分子变化,得到其产气路径和机理。实验和仿真结果表明:C2H6是山茶籽绝缘油在热解时产生的主要烃类气体产物;含非共轭双键越多的甘油三酸酯分子热稳定性越差,越容易分解;温度升高和受热时间增长能够促进植物绝缘油的分解,产生各种特征气体含量与温度和受热时间呈正相关;就产气路径而言,植物绝缘油热解是从与甘油三酸酯分子中心碳相连的C—O键的断裂开始,然后通过脱羧反应生成CO2和烃类自由基,烃类自由基继续分解,并与分解过程中产生的H·结合,得到植物绝缘油分解的各种特征气体。     

磷酸铁锂储能电池过充热失效特征参量研究

锂电池的安全性，是掣肘锂电池储能技术发展的重要问题。为探究锂电池过充热失效的特征参量，采用两段式充电对100A·h磷酸铁锂储能电池展开过充实验。通过检测特征气体、电压、温度等参量，对热失效早期锂电池行为进行了研究，并对停止过充后锂电池的风险状况进行了分析。气体检测仪和气相色谱仪检测结果表明，H2为出现最早且含量最高的气体，在特征气体中占比达到62%以上，能够在热失效前至少3 min完成预警，最适合作为预警气体；其次为CO和烃类气体，烃类气体中C₂H₄含量最高，达到烃类气体总量的78.5%。分段式充电结果表明，在锂电池发生热失效前的电压迅速上升期停止充电，能避免热失效发生。停止过充后电池表面温度仍会继续上升，说明电池内部副反应放热仍在继续，可能促使热失效的发生。     

基于密度泛函理论的油中特征气体在钯掺杂SnP3单层上吸附及传感性能研究

油中溶解气体分析(dissolved gases analysis,DGA)被认为是目前变压器故障诊断技术中最可靠的方法之一。该文基于密度泛函理论,计算过渡金属钯(Pd)改性的SnP₃单层对6种油中溶解特征气体(H₂、CO、C₂H₂、C₂H₄、CH₄及C₂H₆)的吸附及传感性能。首先,通过不同掺杂位点的建模和计算分析,得到结构最稳定的Pd掺杂SnP₃(Pd-SnP₃)单层模型作为后续离散傅里叶变换(discrete Fourier transform,DFT)计算的基础。基于该模型,构建多种吸附结构并进行几何优化,通过比较吸附能等参数,得到SnP₃单层对6种特征气体最稳定的吸附结构。进一步,分析吸附体系的电子密度、态密度、能带及解吸附时间。结果表明,Pd-SnP₃单层对CO、C₂H<...     

绝缘油抗氧化剂的选择及其协同抗氧化作用

为了从根本上提高矿物油与天然酯混合绝缘油的氧化安定性,通过加压差示扫描量热法(PDSC)选取了适用于混合油的最佳抗氧化剂复配方式;对比了加入复合抗氧化剂后的矿物油与天然酯混合绝缘油与矿物油在不同温度和不同频率下的介电常数;首次通过分子模拟和红外光谱在分子层面分析了复合抗氧化剂。结果表明:适用于矿物油与天然酯混合绝缘油的最佳抗氧化剂组合为2,6-二叔丁基对甲酚(T501)+高纯度烷基化苯基-α-萘胺(L06),两种抗氧化剂的最佳添加量为0.3%T501+0.3%L06(质量分数);在相同温度和频率下,加入复合抗氧化剂后的矿物油与天然酯混合绝缘油的介电常数大于矿物油;复合抗氧化剂T501+L06的分子模拟和红外光谱分析结果表明,复合抗氧化剂使混合油氧化安定性优于矿物油的原因是T501和L06之间存在协同抗氧化作用。     

基于激光光声光谱的变压器油中溶解气体在线监测预警装置研制

油中溶解气体的相关参量能很好地表征设备的工作状态,因此开展变压器油中溶解气体分析,对于预知变压器潜伏性故障、预防规模化停电事故意义重大。针对现有色谱法监测的弊端,基于激光光声光谱原理,设计了气体监测模块,研制了变压器油中溶解气体在线监测预警装置,并建立了相对应的气体溯源校准方法。实验结果表明：在低、中、高不同浓度范围内,H₂、C₂H₂、CH₄、C₂H₄、C₂H₆、CO及CO₂的最大相对误差分别为-12.51%、-29.25%、-20.04%、-19.31%、19.11%、-26.7%及-20.18%,均在±30%误差范围内。总烃(C1+C2)的最大相对误差为18.87%,处于±20%误差限值内,满足技术规范要求。低、中、高浓度范围内总烃的RSD分别为2.46%、2.87%和4.3%,均不大于5%,表现出良好重复性。该装置可满足电力行业恶劣工况条件的监测需求,可为电力行业油中溶解气体在线监测提...     

应用氦离子化气相色谱法测定变压器油中溶解气体

特高压变压器具有体积大、油量多的特点,造成与故障相关的特征气体浓度非常小,若测试方法的检测限较大,则可能导致设备的状态检测不到位。为此提出了一种新型氦离子化气相色谱法,该方法利用氦离子化检测器,辅以十通阀中心切割及反吹技术,可实现对变压器油中溶解气体7种组分（H₂、CH₄、C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂、CO、CO₂）的分离和测定,一次进样分析时间约7 min,各组分的检出限均达到10^-9量级,特别对于特征气体C₂H₂和H₂分别可达5×10^-9和11×10^-9;该方法的重复性约为1%,各组分的线性相关度R²均超过0.99。与传统气相色谱法比较,新型氦离子化气相色谱法操作简便,检测器的出峰信号值大大增强,检出限分别提高了5~80倍,且无需氢气做辅助气,减少了安全隐患。采用氦离子化气相色谱法测定变压器油中溶解气体,对于及时发现特高压变压器内部存在的潜伏性故障有重要意义。