纳米改性变压器油的破坏特性

变压器等输变电主设备的油纸介质已越来越不能满足特高电压等级对大容量、小型化、高可靠性绝缘系统的严格要求。为了解决输电电压等级提高带来的高性能变压器油及油纸绝缘问题,基于纳米改性技术,开展具有优异电气性能的新型纳米油纸复合绝缘系统的研究。采用变压器油纳米添加改性技术,研究了纳米改性变压器油的制备方法,得到了纳米改性提高变压器油破坏特性的最佳配比,并对纳米改性变压器油在交流、直流、雷电冲击下的破坏特性和局部放电起始电压进行了对比研究。研究发现纳米改性可以提高在较大间隙下变压器油的击穿电压,并且能显著提高其局放起始电压,改善其雷电冲击下50%放电伏秒特性曲线。基于纳米粒子介质球在电场中的极化理论,研究了粒子表面极化电荷密度分布和产生的势阱,并指出纳米粒子界面对载流子的捕获和流注的阻挡作用是较大电极间隙下纳米改性变压器油绝缘性能提高的原因。研究结果说明了纳米改性对于变压器油纸绝缘系统的性能提高提供了新的可能途径。     

变压器纳米改性油纸复合绝缘研究综述

油纸复合绝缘作为电力变压器内部的主要绝缘，其电气性能备受电力设备制造与运行人员的关注。纳米颗粒结构因具有大比表面积、量子尺寸及宏观量子隧道效应等优异性能，常作为提高绝缘材料电气性能的添加物质。该文总结了近年来变压器油纸复合绝缘纳米改性的研究成果，首先概述变压器油纸复合绝缘纳米改性的方法；其次详细介绍三种纳米颗粒改性机理的理论模型，并分析改性前后绝缘油纸内部与表面的电荷行为、局部放电特性和交直流复合及雷电冲击电压下的击穿特性；最后对目前研究成果进行总结，并展望未来变压器油纸绝缘纳米改性的研究和发展方向。这些研究成果的总结将为改性油纸绝缘的发展与电气性能改善提供参考和借鉴。     

纳米粒子对油纸复合绝缘系统影响的试验与仿真

传统变压器油纸复合介质已不能满足特高压等级对大容量、小型化绝缘系统的要求。为得到高性能的油纸绝缘系统,开展了纳米改性的油纸复合绝缘系统的试验和仿真研究,对比测试了有无添加纳米粒子的油纸复合绝缘的操作冲击击穿电压,建立了油纸系统下油中流注的发展模型,基于该模型,计算了沿面流注通道内的电场、空间电荷和绝缘纸表面沿面电荷分布。研究表明,纳米粒子改性的油纸系统的耐压性能较传统油纸系统有10%左右的提高,纸绝缘的面电荷密度从0.020 C/m2降为0.016 C/m2,纳米粒子可以抑制油中流注和沿面流注的发展,从而提高了油纸复合介质的绝缘性能。     

纳米改性变压器油研究进展

目前纳米改性变压器油由于其高散热性和独特的电气性能,正受到越来越广泛的关注.以近年来纳米改性变压器油的相关研究成果为基础,分析了纳米改性变压器油在导热、击穿、老化、抗水分影响以及改性油-纸相互作用等方面的特点,并介绍了目前常用的3种用于解释绝缘油介质中纳米颗粒改性机理的理论模型,最后提出了纳米改性变压器油领域后续研究需要关注的问题,即纳米颗粒材料体系的选择、高稳定性改性变压器油的制备工艺以及纳米颗粒对变压器油的改性机理.     

TiO_2纳米粒子对高水分变压器油中电荷输运的影响

水分是导致运行中变压器油绝缘性能下降的重要因素之一。为了提高高水分含量下变压器油的绝缘性能,本文利用半导体TiO2纳米粒子对变压器油进行改性研究。测量了不同水分含量下改性前后变压器油的工频击穿和局部放电特性。发现当变压器油中含水量较高时,半导体TiO2纳米粒子不仅可以使变压器油的工频击穿电压提高至改性前的2倍以上,而且可以有效抑制油中局部放电现象。利用电声脉冲(PEA)对变压器油中电荷累积和消散特性进行了测量研究,结果发现:TiO2纳米粒子能够提高高水分变压器油中电荷的消散速率,一定程度上抑制了水分对变压器油中电场的畸变,从而提高了变压器油的绝缘性能。     

半导体纳米粒子改性变压器油的绝缘性能及机制研究

磁性导电纳米粒子可以提高变压器油的导热和绝缘特性,但其分散性极易受到磁场的影响,不利于变压器油性能的改善。利用半导体纳米粒子对变压器油进行改性,测量了改性前后变压器油的工频击穿特性、雷电击穿特性和局部放电特性,可知半导体纳米粒子不仅可以使变压器油的工频和雷电击穿电压提高至未改性变压器油的1.2倍,而且可以改善变压器油的局部放电特性。由于现有的电子捕捉理论无法解释这种现象,利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法对改性前后变压器油中的陷阱特性进行了测试,结果表明:纳米粒子的加入增加了变压器油中的浅陷阱密度,提高了变压器油对电荷的消散和输运能力,从而能够改善变压器油的绝缘性能。     

纳米改性技术在变压器油纸介质上应用的研究现状与未来展望

纳米改性绝缘油由于具有良好的散热和绝缘性能受到了广泛关注。但是作为变压器的内绝缘,绝缘油通过和绝缘纸(板)相配合才能达到最佳性能。本文概述了国内外纳米油纸复合介质的研究现状,对比介绍了两种不同制备工艺,综述了纳米改性前后油纸复合介质电气绝缘性能的变化,分析了其改性机理,最后提出了纳米改性油纸复合介质现阶段存在的问题以及未来的研究方向。     

TiO_2纳米粒子浓度对油纸复合绝缘击穿特性和界面电荷的影响

为探究直流电压下纳米粒子对油纸复合绝缘电气性能的影响,制备不同浓度TiO_2纳米粒子改性油纸试样,对比测试试样的极化电流和直流击穿电压,并借助扩展Debye电路模型建立油纸复合绝缘击穿模型,分析升压过程中电压分布和界面电荷积聚情况。结果表明:纳米粒子的添加导致极化电流显著增大;油纸复合结构击穿电压随纳米粒子浓度的增大先上升后下降,且存在极性效应。分析表明,受纳米粒子添加对松弛极化的影响,不同浓度纳米油纸复合绝缘结构界面电荷极性和积聚量不同,这是导致电压分布和击穿过程差异的根本原因,同时纤维素对负电荷的吸附是存在极性效应的主要原因。     

TiO2纳米粒子表面修饰对变压器油冲击击穿性能的影响

采用液相法制备了乙酸、己酸和油酸修饰的TiO2纳米粒子及其改性变压器油,利用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶红外光谱仪（FTIR）测试表征了纳米粒子的形貌和表面修饰状态,通过测试变压器油改性前后的正冲击击穿电压和流注发展形态,研究了纳米粒子表面修饰对变压器油击穿性能的影响规律。结果表明：表面修饰纳米粒子极大地提高了变压器油的正冲击击穿电压,并显著延长了击穿时间。其中,乙酸修饰纳米粒子的改性效果最佳,将冲击击穿电压从纯油的84.73 kV提高到116.42 kV,提高了37.4%,击穿时间延长至纯油的1.68倍。纳米粒子表面修饰增大了油中浅陷阱的密度,改变了油中流注的发展形态,显著抑制了流注的发展速度,从而提高了变压器油的冲击击穿性能。     

TiO_2纳米粒子对油浸纸板沿面放电的影响

油纸界面处的沿面放电是油浸式变压器最为常见的局部放电形式之一。为了提高变压器油纸介质的界面绝缘强度,利用Ti O2纳米粒子对变压器油浸纸板进行改性研究。分别测量了干燥条件和潮湿条件下纳米改性前后油浸纸板的沿面放电起始电压(SDIV)和沿面闪络电压(CFV),发现干燥纸板条件下Ti O2纳米改性油浸纸板的SDIV和CFV是纯变压器油浸纸板的1.12倍和1.15倍。当纸板中的水分增加至4%时,油浸纸板的界面绝缘强度明显降低,但是Ti O2纳米改性油浸纸板的SDIV和CFV是纯油浸纸板的1.24倍和1.11倍以上。结果表明:Ti O2纳米粒子能够明显抑制油浸纸板,特别是高湿条件下油浸纸板沿面放电的产生和发展,提高油纸绝缘界面的绝缘强度。     

直流电压下TiO2纳米改性变压器油中电晕放电特性及机理

电晕放电作为变压器油中局部放电主要形式之一,危害换流变压器的安全运行。纳米改性可以提高变压器油的绝缘性能,但直流电压下电晕放电的改性效果和机理研究不足。为此制备了二氧化钛纳米改性变压器油,采用针板缺陷进行了电晕放电过程中的图像拍摄、脉冲电流及光脉冲的测量,并测量了油中的电荷输运特性。研究发现,负极性直流电压下,纳米变压器油的击穿电压提高了23.8%;电晕放电强度也明显降低:外施电压50 kV时,纳米变压器油中电晕发光面积减小了86.0%,光脉冲和电流脉冲的频率分别减小75.6%和76.3%,幅值分别减小92.8%和78.6%。纳米粒子抑制电晕放电是因为纳米粒子向变压器油中引入更多浅陷阱促使电子从电离区逃脱,同时其极化捕捉作用削弱了电子碰撞电离,抑制了电子崩起始;此外带负电的纳米粒子的形成相当于增加了负离子数量、降低了其迁移率,从而降低了针尖处电场强度。该研究可为直流电压下变压器油电晕放电的抑制方法和纳米粒子的选型提供依据。     

交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性研究

换流变压器结构复杂,在其中的某些油、纸板和电极的三结合点处极易发生沿面局部放电,运行过程中沿面局部放电导致的沿面闪络是导致换流变压器事故的主要原因。换流变压器阀侧绕组承受的是交直流等多种电压的复合电压,研究复合电压作用下沿面放电的放电特性,对于换流变压器的绝缘试验、击穿机理研究均具有重要意义。文中构建了油纸绝缘典型的沿面放电模型,研究了交直流复合电压下油纸绝缘沿面局部放电特性,通过调节不同的直流电压分量幅值,研究了复合电压中直流电压分量对局部放电特性的影响规律。     

不同含水量油纸绝缘的交直流空间电荷特性研究

换流变压器在正常运行过程中,水分会导致油纸绝缘电气性能下降并加速其老化,导致寿命下降和绝缘击穿。为研究水分对油纸绝缘交直流复合电压下空间电荷特性与击穿特性的影响,制备不同含水量的油纸绝缘试样,利用交直流复合电压下空间电荷测量系统,得到了交流、直流及交直流复合电压形式下水分含量对油纸绝缘空间电荷特性的影响规律,同时研究了...     

AlN纳米改性变压器油的电热性能及其应用研究

纳米颗粒改性变压器油由于其具有散热性能和绝缘性能等优势受到越来越广泛的关注。在总结近年来纳米改性变压器油研究现状的基础上,采用氮化铝(Al N)制备了纳米改性变压器油,并对其导热特性、绝缘特性及其应用进行研究。结果表明:Al N纳米粒子最高能使改性变压器油的热导率提高7%。同时,Al N纳米改性变压器油的正极性雷电冲击击穿电压最高提升了50%。此外,通过现场试验验证了Al N纳米变压器油的散热性能。纳米改性变压器油能显著提升变压器的散热能力,在相似环境中,额定负荷下纳米油变压器中的油温比普通油变压器约低12℃。     

纳米Al_2O_3掺杂对油纸绝缘热老化特性的影响

油纸绝缘的热老化特性是影响变压器寿命的重要因素。为获得具有优良抗热老化性能的油纸绝缘,在绝缘纸抄造的过程中掺杂纳米Al_2O_3,通过测试复合绝缘纸的电气强度确定最佳掺杂质量分数为2%。将复合绝缘纸、普通绝缘纸分别进行浸油处理,并在130℃下进行31 d的加速热老化试验,测量分析绝缘纸的工频击穿强度、介电常数、介质损耗、聚合度、抗张强度与绝缘油中糠醛含量、油的颜色、酸值、水分、粘度和油中溶解气体等参数随老化时间的变化规律。结果表明:与普通油纸绝缘相比,热老化过程中复合绝缘纸的电气性能始终优于普通绝缘纸,聚合度和抗张强度下降速度减缓,浸渍复合绝缘纸的绝缘油颜色较浅、粘度变化小,油浸复合绝缘纸的老化产物生成量少。最后提出在热老化过程中纳米Al_2O_3表面羟基能有效吸附水分、中和小分子酸,从而抑制了H+在热老化反应中的催化作用,有效延缓了油纸绝缘的热老化。     

交直流复合电场中油纸绝缘沿面放电现象及特征

油纸绝缘沿面放电是换流变压器中常见的一种故障类型,了解换流变压器内沿面放电现象及特征对实现设备故障诊断具有重要意义,不过由于换流变压器内主要为交直流复合电场,放电现象与交流单独作用时有明显区别,所以诊断判据应不同,但是目前缺少换流变压器的诊断依据,因此为了得到换流变压器沿面放电的诊断依据,搭建了一套交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电检测平台,观察了交直流复合电压作用下油纸绝缘沿面放电现象,统计了局部放电和油中溶解气体特征变化规律,根据放电特征和油中溶解气体产物将放电严重程度进行分级,为换流变压器诊断提供判据。结合交直流复合电压作用时沿面局部放电及产气特征可以为换流变压器故障严重程度提供判定依据。     

纳米改性变压器油-纸复合绝缘频率响应特性

为寻求提高变压器油纸复合绝缘特性可能途径,开展了纳米改性变压器油-纸复合绝缘频率响应特性研究。利用电介质频率响应法,对比测试了添加纳米改性前后油纸复合绝缘不同微水含量、在不同温度条件下,10^-4～10^-6Hz范围频率响应;建立基于Cole-Cole函数的弛豫模型分析实验结果,并通过最小二乘法拟合得到弛豫模型参数;分析小同微水含量及温度条件下添加纳米粒子对弛豫参数的影响。结果表明：所建立的弛豫模型能较好地反映油纸复合绝缘频率响应特性,弛豫模型参数能反映油纸复合绝缘状态的变化规律;添加纳米粒子引入了新弛豫机制,在低频及高频段,降低了油纸复合绝缘的介质损耗,在0．1～100Hz频率范围内却增大了其介质损耗,且随着温度升高及微水含量增加,影响越显著。     

纳米改性变压器油电气及导热性能研究现状

本文概述了纳米改性变压器油的发展历史以及纳米流体的制备方法,总结了纳米颗粒对纳米改性变压器油电气特性(击穿性能、介电特性)的影响,分析了纳米颗粒对变压器油介电性能的作用机理;阐述了纳米颗粒对变压器油导热性能的影响及其作用机理;最后综述了新型环境友好型植物油的纳米改性研究工作以及相关的研究成果。文章认为适当的纳米颗粒会对变压器油的电气和导热性能带来显著的提升,可以满足充油电力设备小型化和向更高电压等级发展的需求。     

复合电场下油纸（板）绝缘击穿特性及其数学模型

为研究油纸复合绝缘在复合电场下的击穿特性,以典型油-纸绝缘结构为主要研究对象,首先通过试验方法得到了典型油-纸绝缘在复合电场下的击穿特性;又根据等效电路模型得到仿真边界条件,对变压器油和绝缘纸板中的电场分布进行了仿真分析;然后,分别对变压器油和浸油纸板的击穿特性进行了测试。根据两种介质中电场的数学表达式,得到了电场E和交流百分含量η之间的关系,并将其电场分布图像与油、纸板的击穿场强进行了比对和分析,总结出油纸复合绝缘击穿电压随交流含量变化的数学表达式。据此,提出随交流含量变化两种介质中的电场强度改变和各自介电强度的差别是导致整体击穿电压呈现先升后降趋势的主要原因。     

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘放电缺陷产气特性的影响

运行中的换流变压器内部绝缘同时承受交、直流电压的作用,其产气特性与交流变压器有一定区别。为此,采用典型柱板电极模型,对交、直流复合电压下,油纸绝缘放电缺陷各发展阶段的油中溶解气体量、产气速率和气体组分进行了试验研究。研究结果表明:交直流复合电压中直流分量比例越高,由开始放电到击穿的时间越长、放电能量、产气量、产气速率越低;可根据产气速率将放电缺陷划分为起始阶段、发展阶段和临近击穿阶段。复合电压中的直流分量越高,放电起始阶段油中分解CH4的体积分数烃类气体与总烃的体积比)越高(50%),C2H2的体积分数越低(45%),此特性为复合电压下油纸绝缘放电缺陷的早期故障诊断提供了依据。