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。     

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。     

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。     

应用时–温–水分叠加方法改进油纸绝缘热老化寿命模型

为改进现有的油纸绝缘热老化寿命模型,使模型的预测结果更为准确,研究初始水分含量及温度对油纸绝缘试品的加速热老化特性影响。首先,对4种初始水分含量的油纸绝缘试品分别在3个温度下开展加速热老化试验,以绝缘纸聚合度作为表征老化程度的特征参量,引入纤维素累积损失动力学方程研究其在老化过程中的变化规律;其次,在时温叠加方法基础上提出一种时间–温度–水分叠加的新方法,并改进了热老化寿命评估模型。结果表明,与之前的寿命模型相比,改进的模型不但考虑了温度对绝缘纸热老化速率的影响,而且考虑了不同初始水分含量对油纸绝缘热老化的加速作用,有助于对油纸绝缘的热寿命进行更为合理的评估。     

换油对变压器油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响及修正

为研究现场变压器换油后油中糠醛的变化规律及换油对使用油中糠醛评估绝缘纸老化的影响,在实验室对油纸绝缘样品进行130℃加速热老化,在老化的前、中、后期分别换油,对比换油前、后油中糠醛的含量。结果表明,换油后,油中糠醛大量损失;换油前、后油中糠醛含量的差值随老化时间的加长而逐渐减小;不考虑换油,直接使用油中糠醛评估绝缘纸老化会使评估结果偏高,误差在换油后初期尤其显著。定义在相同的老化时间换油后与换油前油中糠醛的比例为修正函数,研究了修正函数的变化规律,并用其对换油后油中糠醛进行修正。结果表明,使用修正函数可以有效改善换油后绝缘纸老化程度的评估效果。研究了修正函数向现场运行温度推广的方法,以利于现场变压器换油后的糠醛修正。     

变压器油纸绝缘老化状态的分析方法

油纸绝缘老化与充油电气设备绝缘寿命具有紧密联系。文章介绍了采用新的油纸绝缘缺陷模型模拟变压器匝间绝缘缺陷,通过电热老化试验,采集油纸绝缘老化过程中缺陷模型的局部放电信号及绝缘纸样本聚合度、油中水分含量。提取了27个局部放电的统计算子用于油纸绝缘老化状态的识别,采用模糊C-均值聚类算法对统计向量进行聚类分析,并与样本聚合度及油中水分含量相比较。结果表明模糊c-均值聚类算法对油纸绝缘老化状态的判别结果可以为绝缘状态诊断提供具有重要参考价值的信息。     

变压器油纸绝缘老化状态的分析方法

油纸绝缘老化与充油电气设备绝缘寿命具有紧密联系。文章介绍了采用新的油纸绝缘缺陷模型模拟变压器匝间绝缘缺陷,通过电热老化试验,采集油纸绝缘老化过程中缺陷模型的局部放电信号及绝缘纸样本聚合度、油中水分含量。提取了27个局部放电的统计算子用于油纸绝缘老化状态的识别,采用模糊C-均值聚类算法对统计向量进行聚类分析,并与样本聚合度及油中水分含量相比较。结果表明模糊c-均值聚类算法对油纸绝缘老化状态的判别结果可以为绝缘状态诊断提供具有重要参考价值的信息。     

绝缘油中抗氧化剂DBPC对油纸绝缘老化速率及糠醛生成特性影响研究

二叔丁基对甲酚(DBPC)是绝缘油最常用的抗氧化剂,试验发现绝缘油中DBPC的添加量会影响绝缘纸老化速率和糠醛的产生。为确定DBPC对油纸绝缘系统老化及糠醛产生的影响,在实验室条件下使用添加不同浓度DBPC的绝缘油与绝缘纸组成油纸绝缘样品,在130℃下进行恒温老化。通过定期对绝缘纸的聚合度、绝缘油中糠醛含量以及绝缘纸中糠醛含量进行测量,分析抗氧化剂对绝缘纸老化、糠醛产生及糠醛评估变压器老化的影响。得出如下结论:绝缘油中添加抗氧化剂会加速绝缘纸的老化,建议工程中在能达到抗氧化性能的前提下降低绝缘油中抗氧化剂的添加比例,待DBPC部分消耗后勤于补加;DBPC会使绝缘纸老化到相同程度时糠醛产量提高,并且油中抗氧化剂添加量越大糠醛产量越多,因而建议运用糠醛评估变压器老化时需要区别变压器油中是否添加抗氧化剂或者考虑抗氧化剂的大致含量。油中添加DBPC后酸值增加,DBPC在高温下电离出的氢离子是绝缘纸加速老化和糠醛产量提高的主要原因。     

应用油中酸值评估不同老化程度绝缘纸中水分含量

变压器油纸绝缘老化会影响水分在油纸中的分布情况,为此,应用绝缘油中酸值作为老化的特征参数以定量描述老化对水分分布的影响。对4组油纸绝缘试样进行不同程度的加速热老化试验,结果表明:油纸绝缘老化导致油中水分的饱和溶解度不断增加,并促使绝缘纸中水分向绝缘油中转移。根据试验测量结果,引入与油中酸值相关的平移因子m,建立了绝缘油中水分饱和溶解度与油中酸值和温度的数学表达式;根据Freundlich等温吸附方程式建立了绝缘纸中水分质量分数与油中水分质量分数、油中酸值和温度的数学表达式,拟合得到吸附平衡常数c和系数n与温度的关系式。应用以上研究成果可以更准确有效地评估不同老化程度的绝缘纸中水分质量分数,具有重要工程应用价值。     

油纸绝缘系统老化过程中油中甲醇的生成规律研究

油中CO/CO_2含量比和油中糠醛含量是目前变压器固体绝缘老化状态评估的常用指标,但在实际应用中存在不能准确评估的情况。近年来对油纸绝缘老化产物甲醇的研究表明,甲醇有望成为新的油纸绝缘老化标志产物。为了研究变压器油纸绝缘老化过程中油中甲醇的生成规律,设计了不同温度下的油纸绝缘加速热老化实验,并采用顶空进样的气相色谱-质谱联用法(HS-GC-MS)对油中甲醇含量进行测量,分析不同老化温度下油中甲醇的生成规律以及与绝缘纸聚合度之间的关系。结果表明:在整个油纸老化过程中,甲醇持续生成,相较于糠醛等传统标志产物,甲醇可以对油纸绝缘前中期的老化程度进行更为准确的表征,具有较好的应用前景。     

油纸绝缘频域介电谱特性与聚合度的关联影响规律研究

为研究绝缘纸聚合度与油纸绝缘频域介电谱特性间的关联影响规律,搭建了油纸绝缘频域介电响应测试平台,测试了新绝缘油、低含酸量绝缘油、高含酸量绝缘油、一定老化程度绝缘油分别与不同聚合度绝缘纸所组成的油纸绝缘的复介电常数以及新绝缘油分别与低含水量、高含水量绝缘纸组成的油纸绝缘的复介电常数,并对测试结果进行了对比分析。分析结果表明:绝缘纸聚合度通过影响水分和酸在油纸间的分布情况而对油纸绝缘复介电常数产生关联性影响。利用频域介电谱法诊断油纸绝缘中水分或小分子酸含量时,应考虑聚合度影响两者在油纸间的分布情况后对油纸绝缘频域介电谱特性产生的关联性影响。     

纤维素老化对油纸绝缘水分扩散特性的影响机制

大量变压器进入运行的中后期,绝缘纸老化会对油纸绝缘水分平衡产生影响。试验测试了绝缘纸在空气中、油纸绝缘体系中的水分平衡过程。实验结果表明,相同空气湿度下,绝缘纸聚合度越低,其吸附的水分含量越高;油纸绝缘中,绝缘油中水分含量相同时,绝缘纸聚合度越低,水分向绝缘纸中迁移速率越快,其稳态水分含量越低。绝缘纸老化所发生纤维素微观特性的变化表明空气中老化绝缘纸无定形区增大,聚合度降低,附着在绝缘纸孔隙中的亲水性杂质导致其吸水性增加;油纸绝缘中,老化绝缘纸的无定形区孔隙、纤维素内的孔隙由于绝缘油分子的进入导致间接吸附水的减少,亲水性杂质溶解于油中,比表面积的下降导致亲水基团的减少使得吸附水分的含量降低。最后,将文中实验所得曲线与类Oommen曲线类比,聚合度对油纸绝缘水分平衡的影响可以认为在横坐标方向对类Oommen曲线的平移。     

基于多特征参量的油纸绝缘老化状态定量表征方法

为定量地评估油纸绝缘的老化状态,在实验室条件下对油纸绝缘样品进行为期40天的加速热老化试验,测试不同老化阶段的纸板聚合度、油色谱数据、频域介电谱、糠醛含量等老化特征量,引入主成分分析法,建立不同老化阶段下油纸绝缘样品的综合评价指数。结果表明:该综合评价指数并非随着老化过程呈线性变化。通过拟合该综合评价指数与聚合度的关系,发现二者在不同老化阶段的变化规律不同,最后建立了不同阶段下的指数和线性数学模型,根据此模型可以对绝缘纸板聚合度进行评估,在不拆卸变压器的情况下可以对油纸绝缘老化状态进行诊断。     

油纸绝缘热老化特征参量的多元统计分析

为了得到聚合度与老化特征参量的内在关系,首先对由克拉玛依#25变压器油与普通变压器绝缘纸组成的油纸绝缘试品在90、110和130°C下开展加速热老化实验,并定期取样测量绝缘纸聚合度和油中糠醛体积分数、油中溶解气体体积分数、油中微水质量分数及油中酸值等老化特征参量。然后,引入多元统计分析学中的逐步回归分析和因子分析方法对油纸绝缘热老化的各种特征参量进行了分析。对实验数据的逐步回归分析结果表明,油中糠醛体积分数的对数值与表征油纸绝缘老化状态的绝缘纸聚合度具有较好的线性关系,油中酸值次之,其他老化特征参量与聚合度没有明显的线性关系。因子分析结果表明油纸绝缘热老化特征参量可以压缩为2个主成分因子,新的主成分因子不仅物理意义明确,而且均与绝缘纸聚合度有较好的指数关系。     

变压器油纸绝缘水分含量和老化程度定量评估研究

为了分离绝缘纸老化程度和水分对频域介电谱的影响及提高变压器绝缘纸老化程度和水分含量评估精度,文中通过开展加速热老化试验制备了老化程度和含水量均不相同的5组油纸绝缘试样,并对各组试样进行tanδ频谱测试。试验结果表明,在10-3~10-1Hz频段内,tanδ曲线随绝缘纸老化程度增加而上升;在10-3~102Hz频段内tanδ曲线随绝缘纸含水量增大显著上升,在特征频段10-1~102Hz和10-3~10-1Hz内求取tanδ曲线对频率的积分值Sm和SDP分别作为表征水分含量和老化程度的特征量,并分别给出了特征量与绝缘纸水分含量(Kw)和聚合度(DP)之间的拟合关系。对比分析相同老化程度下水分含量不同的多组油纸绝缘试样的介损频谱特性表明,绝缘纸含水量对特征量SDP影响极大,为此提出了水分补偿因子以量化绝缘纸含水量对老化评估的影响,并进一步提出了全面考虑水分影响的老化程度评估新方法。     

基于油中水分含量的变压器绝缘纸寿命评估

水分是影响电力变压器油纸绝缘性能的重要因素,如何通过油中水分含量简单、准确地判断变压器绝缘纸的老化状态成为当今研究的重点。本文首先分析了油纸绝缘系统的水分来源及其危害,然后基于频率因数a的Taylor展开式得出a与绝缘纸中水分含量间存在正比关系,进而得到了计及水分含量的修正Arrhenius定律。其次,结合化学反应动力学推得绝缘纸中水分含量与聚合度间的量化关系,并根据纤维素老化对Oommen油纸水分平衡的影响,获得了绝缘纸的聚合度(degree of polymerization,DP)与油中水分含量间数量关系的修正表达式;在此基础上推得了绝缘纸特征寿命的预测判据。最后,通过实验数据表明未考虑绝缘纸老化影响时,油纸水分与纸中水分间的表达式的计算误差为20%~50%,基于油中水分含量的DP表达式的计算误差为3.8%~38.4%;而修正表达式可分别将上述误差降低到12.5%以下及23.3%以下。当老化温度为140℃,油中水分的体积分数分别为10~(-6)和13×10~(-6)时,绝缘纸的特征寿命分别为65天和12天。     

不均匀老化油纸绝缘稳态水分分布的频域介电谱

绕组和油温之间的温度梯度导致了绝缘纸的不均匀老化,绝缘纸的聚合度会影响水分在其中的分布情况。测试了5种不同聚合度绝缘纸含有相同水分含量以及不同聚合度绝缘纸浸渍于同一水分浓度绝缘油时水分扩散至稳态时的频域介电谱。制作了5种含有稳态水分含量的不同聚合度的绝缘纸叠加试样,用来模拟不均匀老化油纸绝缘含有稳态水分分布的试样,测试了该试样的频域介电谱,并采用分布阻抗的方法建立了油纸绝缘频域介电模型对其进行了数值计算。测试及计算结果表明:复介电常数实部、虚部及介质损耗随水分含量的增大而增大,随聚合度下降而增大;绝缘纸中水分含量对频域介电谱的影响要远远大于聚合度对频域介电谱的影响;不均匀老化油纸绝缘试样的频域介电谱测试结果与分布阻抗模型计算结果除在10-3 Hz~10-4 Hz频段内复介电常数虚部有5%的平均误差、实部有2%的平均误差外,其余频段基本相符,表明分布阻抗介电模型有效。     

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。     

换油周期对变压器油纸绝缘老化性能影响规律

油纸绝缘老化评估的准确性决定了变压器的使用寿命,为研究不同换油周期对变压器油纸绝缘老化状态影响的变化规律,该文制备了三组变压器XY等效模型,并进行不同换油周期的加速老化试验,在不同老化天数时进行频域介电响应测试以及变压器油中的水分、酸值、绝缘纸板聚合度的测试。根据对比实验结果发现:换油周期越长,曲线拐点越明显,随着温度升高,曲线拐点向高频移动;换油周期越长,换油前后介质损耗因数曲线在低频段下降越明显,随着测试温度的升高,换油前后在高频段重合程度越大;换油前后介质损耗因数曲线不同,频段平移方法计算绝缘纸板活化能大小基本相同,同时建立换油周期内后酸值增量与绝缘纸板聚合度的定量计算关系。该文通过对比实验,分析不同换油周期对变压器内部绝缘老化影响的变化规律,提出换油前后变压器等效模型油纸绝缘中绝缘纸板活化能的计算方法,为后续研究换油周期、老化温度与变压器油纸绝缘寿命的定量表征建立了理论基础。     

变压器油纸绝缘热电联合老化特征量研究

为研究电力变压器油纸绝缘在热、电两种应力作用下的老化特性,搭建了油纸绝缘热电联合老化试验平台,设计了两组在130℃下进行的加速老化试验:一组是单因子热老化试验,另一组为热电联合老化试验。通过对两组老化样本的绝缘纸聚合度、击穿电压、油中微水含量等参数进行对比分析,结果表明,热电联合老化样本绝缘纸聚合度下降速度比热老化样本要快,且在老化初期绝缘纸击穿电压与绝缘纸聚合度呈一定线性关系,与油中水分含量则没有明显的直接联系。