绝缘纸无定形区玻璃转化的分子动力学模拟

绝缘纸无定形区的玻璃转化温度是其热稳定性的重要标度之一。为研究变压器绝缘纸的玻璃转化过程的微观机理,继而挖掘其中的热老化信息,利用分子动力学对绝缘纸纯纤维素、纤维素-水两个模型的玻璃转化过程进行了模拟。用比体积-温度曲线法确定了纯纤维素和纤维素-水模型的玻璃化转变温度分别为448、418K。模拟结果表明,玻璃转化过程中,绝缘纸纤维素链的运动和机械特性均发生突变,400～500K之间自由体积的突变给纤维素链运动提供了更多空间,导致其发生玻璃化转变;水分子浸入无定型区可以破坏纤维素链间的氢键,显著地降低玻璃转化温度,影响绝缘纸热稳定性。     

复合胺类化合物对油纸系统中绝缘纸热老化特性的影响

为研究复合胺类化合物作为热稳定剂添加到绝缘纸中对油纸绝缘系统热老化特性的影响,以双氰胺、三聚氰胺、尿素和聚丙烯酰胺为添加剂,在实验室条件下制备并挑选出3种最佳添加组合的改性绝缘纸样品,同空白绝缘纸样品一起分别与变压器油组成4种油纸绝缘试品,在110℃下进行热老化试验。定期取样测量了绝缘纸的聚合度、击穿电压和水分。最后利用计算量子化学从微观层面研究了复合胺类化合物的抗老化机理。结果表明:"双氰胺+三聚氰胺+聚丙烯酰胺"的组合对应的绝缘纸在老化过程中聚合度的下降速率和水分含量最低;4种绝缘纸的击穿场强无明显差异;较于β-D-吡喃葡萄糖分子,水分子、小分子酸将优先与胺类化合物分子发生化学反应;各种胺类化合物与水分子、小分子酸的反应难易程度不一致,复合添加时,可以集中不同胺类化合物的优势,得到最佳的抗老化效果。     

变压器油纸绝缘热老化酸类及铜类产物生成规律分析

为了研究变压器油-纸绝缘热老化过程中酸类及铜类产物的生成规律,以#25变压器油和变压器用普通纤维素绝缘纸组成油纸绝缘试品,通过对变压器油-纸绝缘试品在90°C和110°C下的加速热老化试验,首次分析了绝缘纸中酸类产物质量分数与老化时间的关系,以及绝缘油和绝缘纸中的酸类产物质量分数与绝缘纸老化状态的关系。结果表明:温度越高,绝缘油酸类产物质量分数急剧增大的时刻出现得越早;绝缘纸聚合度下降到某一值后,绝缘油酸类产物质量分数会急剧增大,但绝缘油酸类产物质量分数与绝缘纸聚合度之间不存在量化关系;绝缘纸酸值随老化时间的增加而呈线性规律增加,绝缘纸酸类产物质量分数与绝缘纸聚合度之间遵循指数函数关系;变压器油-纸绝缘试品中铜片的腐蚀程度受老化温度的影响很大,温度越高,铜片越容易被腐蚀。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于回复电压法的变压器绝缘纸水分及绝缘状态研究

变压器绝缘纸中水分会加速油纸绝缘的老化,缩短变压器寿命,因此,准确诊断变压器绝缘纸老化状态以及水分含量对变压器安全运行具有重要意义。文中通过测试分析不同水分、不同聚合度的绝缘油纸回复电压曲线,研究发现当绝缘纸处于低水分含量状态(0.5%≤Mp<3%)时,回复电压参数随水分含量改变变化较快,当绝缘纸处于高水分含量状态(3%≤Mp≤5%)时,回复电压4个参数值基本保持稳定。回复电压最大值、初始斜率随绝缘纸水分含量呈负指数规律增长,而中心时间常数和回复电压半衰期呈负指数规律减小,4个参数随水分改变的变化幅度均随绝缘纸聚合度线性变化,通过数据拟合得到回复电压特征参量与绝缘纸聚合度、水分含量的表达式。回复电压半衰期与绝缘纸水分含量及老化状态关系密切,能作为反映固体绝缘纸微水含量和聚合度的有效特征参量。     

蒙脱土改性热稳定纸的制备及热老化特性研究

为改善现有纸改性方法的不足及研究蒙脱土(MMT)和热稳定剂对绝缘纸性能的综合影响,制备蒙脱土改性热稳定纸、普通绝缘纸,分别和矿物油组成油纸复合绝缘样品,在110℃老化箱中进行热老化试验。记录了在热老化期间绝缘纸和矿物油的主要特征参数及其变化规律,系统分析了添加物对纸和油老化特性的影响机理。研究结果表明:蒙脱土与胺类化合物的共同作用使改性纸兼具高击穿强度和抗热老化性能,改性纸使矿物油击穿电压有所升高。胺类化合物通过消耗水和小分子酸而延缓绝缘纸老化的作用得到试验结果印证,而经改性的蒙脱土与纤维素在纳米尺度上的复合作用可能是绝缘纸击穿电压上升的关键原因。     

热老化对变压器绝缘纸微观结构影响的实验研究

为了研究热老化应力对变压器绝缘纸微观结构的影响,以更准确地分析油纸绝缘机械强度和绝缘性能,文中对油浸纸试品进行加速热老化实验,获取不同老化程度的变压器绝缘纸试样。测量了绝缘纸试样的聚合度,采用扫描电镜观察绝缘纸试样的表面微观形貌,通过傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析纤维素分子结构变化。分析结果表明,热老化对变压器绝缘纸微观纤维结构破坏显著,纤维细化,断裂增多,纤维分子结构及相关官能团数量变化明显。