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。     

变压器不同油纸绝缘组合加速老化时油中水分和酸值含量研究

对矿物油、植物油、牛皮纸及热稳定纸组成的4种油纸绝缘样品在3种温度(90、110、130℃)下进行加速热老化试验,分析了油中水分和酸值随老化时间的变化规律。结果表明,油的类型是影响油中水分含量的主要因素;以BIOTEMP油为代表的植物油,油中水分含量较矿物油高且变化规律明显。不考虑实际变压器滤油处理等因素时,可考虑采用油中水分含量对该类植物油浸渍绝缘系统的老化程度进行评估。油的类型也是影响油中酸值的主要因素,含植物绝缘油组合中的油中酸值比普通变压器油中的酸值高;以Munksjo命名的热稳定纸组合,其酸值含量比普通牛皮纸的绝缘组合要低。     

基于油中甲醇含量的变压器绝缘纸老化状况评估技术研究

通过对绝缘纸老化特征产物甲醇的检测分析,探究甲醇含量与绝缘纸聚合度之间的相关性,提出表征绝缘纸老化状况的油中甲醇含量的特征参考值。结果表明:绝缘纸聚合度的对数与甲醇含量之间存在良好的线性相关性,且在不同实验条件下,其线性关系均高度相似,可表示为lnDP=aC+b。针对不同电压等级变压器提出的表征绝缘纸老化状况的油中甲醇含量特征值,可对绝缘纸老化状况进行有效判断,从而诊断和评估变压器的运行状态。     

变压器绝缘纸中酸值含量测试方法研究

文中在实验室条件下通过研究确定了一套测试变压器绝缘纸中酸值含量的规范方法。对比各种试验手段,提出测量酸值的核心步骤是利用纯水对绝缘纸中酸值进行萃取,对萃取液采取KOH溶液滴定的方法计算酸值,考虑空白溶液和纸中残留变压器油中酸并对结果进行修正。基于文中提出的方法,对变压器油纸老化实验中的纸样酸值进行测量,结果表明,纸中酸值与聚合度随时间变化速率相关性较好,进一步验证了该方法的准确性。     

变压器绝缘纸中酸值测试及其时效老化特征

纸中酸是反映和影响绝缘纸老化程度的重要因素,但是目前尚没有测量纸中酸值的标准方法。为此建立了变压器绝缘纸中酸值测量方法,即先用纯水将纸中小分子羧酸分萃取出来并制成萃取液,然后使用氢氧化钾的异丙醇溶液进行滴定,并采用BTB(溴百里香酚蓝)指示滴定终点,测量萃取液酸值进而计算纸中酸值。通过对比实验确定了纸中酸值测量的最佳温度(25℃)和萃取时间(6 h)等环境条件。对老化过程中油纸中酸值和水分进行测量发现,所测纸中酸值能较好地反映实际纸中酸值变化规律;纸中酸值与纸中水分变化趋势类似均随老化时间呈波动变化趋势;油纸中酸值并无明显相关关系。     

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。     

变压器油中糠醛含量与绝缘纸老化关系的研究

用高效液相色谱法检测绝缘油中的糠醛含量可以判断绝缘纸老化程度。对安徽省近百台变压器的绝缘油进行了取样分析,通过图表及统计理论分析,确定了变压器油中的糠醛浓度与其运行年数成指数关系,并运用概率统计的基本原理,确定了回归直线的置信范围,将其划分为正常老化区、非正常老化区及缓和化区3个部分,并进行了分析。     

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。     

纤维素老化对矿物油浸绝缘纸中 水分扩散的影响

纤维素老化对绝缘纸吸湿性能具有显著的影响,为了能够更有效地评估绝缘纸中的水分含量,该文针对纤维素老化对绝缘纸中水分扩散的影响进行了研究。首先,通过试验材料处理及测试得到了不同温度、不同厚度下油浸绝缘纸中暂态水分;然后,基于Fick第二扩散定律及有限元仿真模型提取得到了不同老化油浸绝缘纸的水分扩散系数及平衡时间常数;最后,研究了纤维素老化对扩散系数及平衡时间常数的影响,在研究温度范围内,得出扩散系数的经验表达式。研究结果表明,随着绝缘纸老化程度的加深,在相同温度下,绝缘纸水分吸收速率上升,稳态水分含量降低,水分平衡时间降低。     

测定油中糠醛含量判断变压器固体绝缘老化程度

通过高效液相色谱法检测变压器油中的糠醛含量,配合气相色谱分析,对变压器内部绝缘材料过热故障和设备的寿命及老化程度给出估计。本文叙述了检测方法及实测油样的情况。     

基于PDC的变压器油浸纸老化程度与水分含量评估方法研究

为将极化去极化电流法(PDC)应用于实际运行中变压器油纸绝缘的状态评估,笔者在实验室搭建了油纸绝缘PDC测试试验平台,测试了不同老化程度不同水分含量油浸纸样品的PDC特性曲线,并对测试结果进行对比分析。分析结果表明:在测试时间范围内,老化程度对油浸纸极化电流曲线的前段和中段以及去极化电流曲线的整个测试阶段产生影响;水分含量对油浸纸极化电流曲线的整个测试阶段以及去极化电流曲线中末段产生影响。提出以初始去极化电流idp1作为油浸纸聚合度的映射特征量,稳态极化电流id(电导电流)作为水分含量的映射特征量,分别拟合出两者之间的函数关系,以此提出一种适用于不同老化程度油浸纸水分含量的评估方法。     

基于变压器油中水分的变压器绝缘纸聚合度检测研究

绝缘纸的状态是决定油浸式变压器寿命的关键,目前公认的绝缘纸状态的判断技术是绝缘纸的聚合度测试。变压器绝缘纸聚合度的测试需对变压器进行停电取样且难以采集到典型样本。因此本文笔者基于变压器油中水分,探究了一种间接测量变压器绝缘纸聚合度的方法。通过测量不同老化程度油纸绝缘样品的聚合度、油中微水、纸中水分和氢气,探究了聚合度与后三者之间的关系。并利用控温系统检测了不同油温下油中微水含量,探究了油温对水分在油纸中分配比例的影响。综合上述研究,推导了变压器绝缘纸聚合度与油中微水、油温的关系式。     

应用极化谱分析油纸变压器绝缘纸板水分含量的研究

油纸绝缘电力变压器受潮会加速固体绝缘材料老化,严重影响其运行寿命,因此评估变压器的绝缘纸板中的水分含量对确保其安全可靠运行具有重要意义.变压器绝缘纸板中的水分含量是评估其是否受潮和老化的重要指标之一,然而传统的化学分析方法需要在实验室环境下进行,有些甚至需要获取变压器内部纸样.基于回复电压的极化谱方法是一种无损的绝缘诊断方法,已经被用来评估变压器的绝缘状态,特别是绝缘纸板的水分含量.本文研究了回复电压极化谱评估变压器纸绝缘的受潮的有效性,提出了评估的判断方法.试验结果表明利用极化谱的主时间常数评估其水分含量是有效的.     

羧酸含量对变压器绝缘纸老化速度的影响

为研究不同含量羧酸对变压器绝缘纸老化速度的影响,就不同羧酸含量对绝缘纸老化的影响进行了研究。对绝缘纸实施加速热老化试验,并在试验过程中不断测量绝缘纸的聚合度(DP)值λDP,最后采用二阶动力学模型对试验数据进行分析并得出结论。结果表明:未电离的羧酸不会使纤维素解聚,羧酸电离出的H+对纤维素水解具有较强的催化作用;当绝缘纸处于干燥状态(水分质量分数w≤0.5%)时,羧酸电离受到抑制,电离出的H+含量较低,因此对纤维素水解反应的催化作用不明显。研究得出了水分质量分数和酸值对二阶动力学模型参数的影响规律,进一步完善了油纸绝缘老化评估模型体系。     

绝缘纸中水分扩散及其对绝缘纸机械性能影响的仿真研究

利用分子动力学方法绝缘纸中水分的扩散其及影响因素和水分对绝缘纸的机械性能时行了研究。模拟结果表明,不同水分含量的扩散系数受水分与纤维素的相互作用、相对自由体积共同影响。水分的扩散系数与水分和纤维素的相互作用及每个水分子与纤维素形成的氢键数表现出了极强的相关性,而与相对自由体积的相关性并不强。水分的加入使纤维素材料的机械性能在逐步的下降,而塑性增加。随着水分含量的增加,纤维素内聚能密度和溶解度参数均在减小,与纤维素的力学参数的变化规律相似。通过对链间距的分析发现,随着水分的增加,链间距在增大,表明水分弱化了纤维素分子间作用,从而导致了纤维素材料整体的机械性能的下降。