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。     

纳米TiO2改性纤维素绝缘纸板热老化特性

为探究纳米TiO_2改性纤维素纸板长期热老化条件下的电气特性,制备了不同质量分数与粒径的纳米TiO_2复合绝缘和普通绝缘纸板。利用两参数威布尔(Weibull)分布模型计算纳米复合纸板的绝缘失效率,讨论了击穿电压与TiO_2掺杂质量分数之间的关系,确定最佳掺杂质量分数为5%,粒径为10 nm。将样品进行加速热老化试验,测量分析其交直流击穿场强、相对介电常数和电阻率等参数以及油纸颜色和表面微观结构的变化规律;采用有限元软件计算交直流电场分布。仿真结果表明:与未改性绝缘纸板相比,老化后的纳米复合油纸绝缘中,纸板承受的交、直流场强占比更高。试验结果表明:在不同热老化阶段,纳米复合绝缘纸板的交直流电气特性和抗热老化性能始终优于未改性纸板,纳米TiO_2减弱了纸板内部纤维素链的极化,降低了载流子迁移率,改善了绝缘纸板内部场强,提高了电气性能,有效延缓了油纸绝缘的热老化过程,与仿真结果一致。     

掺杂纳米Al_2O_3对纤维绝缘纸电寿命的影响及机理

纳米Al_2O_3掺杂能有效提升纤维绝缘纸的热寿命,为进一步探究其对纤维绝缘纸电寿命的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3改性纤维绝缘纸(质量分数为2%的掺杂量)和普通纤维绝缘纸手抄片,均采用矿物油进行真空浸渍后作为对比研究对象。在多样品绝缘材料电老化试验平台上,对两种油浸绝缘纸分六种不同电压开展加速电老化试验,以绝缘击穿失效作为寿命终点,利用电寿命反幂函数模型,分别计算并对比了其寿命指数,并对其介电性能进行测试。结果表明,相较于改性前的油浸绝缘纸,改性后的油浸绝缘纸具有更低的相对介电常数及介质损耗,寿命指数提高了20%,具有更高的抗电老化性能及更长的电寿命。最后,结合改性前后介质中电场分布、介质损耗及传导电流变化,分析了纳米Al_2O_3掺杂对油纸绝缘电寿命的影响机理。     

国内文摘与专利

<正>纳米Al_2O_3对变压器绝缘纸纤维素热稳定性的影响及其机理分析/张松;唐超;CHEN G;等/中国科学:技术科学,2015(11)为提升电力变压器绝缘纸的热稳定性,使用纳米Al_2O_3对绝缘纸进行改性,通过分子模拟和试验的方法研究了纳米Al_2O_3对绝缘纸纤维素热稳定性的提升效果,并分析了纳米Al_2O_3对绝缘纸纤维素的改性机理。首先,对纳米Al_2O_3与纤     

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。     

绝缘纸板表面微纳结构Al_2O_3功能膜的构筑及其抑制空间电荷注入的机制

空间电荷是影响和制约换流变油纸绝缘材料绝缘强度的关键因素。与体掺杂不同属性纳米颗粒实现抑制空间电荷的传统方法相比,需要探索新思路、新方法实现油浸绝缘介质的空间电荷注入。以射频反应磁控溅射为技术手段,在绝缘纸板表面成功制备了微纳结构Al_2O_3功能膜;通过电声脉冲空间电荷测量法,以及预压及无预压情况下的直流击穿测试获得构筑微纳结构Al_2O_3功能膜油浸绝缘纸板的空间电荷和直流击穿特性。研究表明,绝缘纸板表面构筑的微纳结构Al_2O_3功能膜提升了油浸绝缘纸板体积电阻率,有效抑制油浸绝缘纸板空间电荷的注入,并显著减弱由空间电荷积聚引起的油浸纸板内部电场畸变程度,表面构筑微纳结构Al_2O_3功能膜油浸纸板的预压直流击穿电压值得到了较高提升。微纳结构Al_2O_3功能膜除了具备纳米粒子相关效应外,还提升了电荷注入势垒。     

基于时域介电谱和去极化电量的变压器油纸绝缘老化特征量研究

为研究变压器油纸绝缘极化/去极化电流法特征量,在130℃下进行了油纸试样的加速热老化试验,测得了试样在不同老化阶段的去极化电流,提出以稳态油老化电量Q_o和稳态油纸界面极化电量Q_(o-p)作为变压器绝缘油与油纸界面极化的老化特征量,并提取绝缘纸时域介电谱峰值和峰值时间tpeak作为绝缘纸老化特征量,最后通过现场试验验证了以上述特征量分别表征油纸绝缘老化状态的可行性。结果表明:Q_o随老化时间的增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_o可以表征油中偶极子转向极化强度;绝缘纸时域介电谱峰值及对应时间分别代表了其内部因纤维素裂解引起的界面极化强度和响应速度,其中时域介电谱峰值和聚合度之间具有指数负相关关系;Q_(o-p)随老化时间增加而增大,2者间存在线性拟合关系,Q_(o-p)可以表征油纸界面极化强度。     

基于时域介电法的不同材料油纸绝缘特性研究

为研究油浸式变压器中油浸普通牛皮绝缘纸和油浸热稳定绝缘纸的时域介电特性,文中在实验室开展了不同温度下的油纸样品加速热老化试验。通过极化去极化电流法(PDC)获得PDC曲线,根据曲线分析不同类型油纸绝缘在老化过程中的极化特性差异,从PDC曲线中提取电导率并拟合得曲线,探寻能够表征不同类型油纸绝缘老化程度的特征量。结果表明:普通牛皮绝缘纸试样的老化速度快于热稳定绝缘纸,且在老化后期,后者聚合度下降速率变缓更明显;PDC曲线对绝缘材料的变化十分敏感,对于老化时间相同的两种材料,热稳定绝缘纸的极化去极化电流小于普通绝缘纸,且在较高温度时区别更为明显;由电导率拟合曲线得出,老化程度与电导率关系密切,可作为衡量不同油纸绝缘的老化状态的特征量。     

有机酸对变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用试验研究

为研究有机酸对电力变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用,制作了初始水分质量分数均为0.4%的绝缘纸试样和不同类型的酸性绝缘油溶液,在室温(25℃)和90℃下,研究了酸在油纸绝缘系统中的溶解分布特性。接着在90℃下对油纸绝缘试样进行加速热老化,测试了不同老化阶段试样的绝缘纸聚合度以及油纸绝缘试样的极化去极化电流。结果表明:甲酸主要分布在绝缘纸中,并会导致纸中水分向油中扩散,硬脂酸主要分布在绝缘油中;相比于硬脂酸,甲酸极大地加速了绝缘纸的降解速率,使极化去极化电流曲线的上移幅度也更大;甲酸酸值达到0.1×10-3、硬脂酸酸值达到0.3×10-3时会对油纸绝缘进一步热老化起到明显的催化作用;在分析实际运行中影响变压器油纸绝缘热老化的因素时,需特别考虑甲酸等低分子强极性酸对油纸绝缘进一步热老化的催化作用。     

聚酰亚胺/氧化铝复合薄膜耐电晕性能研究

采用逐层流延铺膜及热亚胺化法制备了掺杂层纳米氧化铝含量不同的聚酰亚胺/氧化铝(PI/Al_2O_3)三层复合薄膜。通过透射电子显微镜、X射线衍射仪对复合薄膜进行表征,并对复合薄膜的力学性能、热稳定性及耐电晕性能进行测试。结果表明:复合薄膜具有明显的三层结构,掺杂层中纳米Al_2O_3颗粒分散均匀,纳米Al_2O_3的加入会降低PI基体的排列有序度。加入纳米Al_2O_3颗粒后PI/Al_2O_3三层复合薄膜的拉伸强度和断裂伸长率降低,热稳定性和耐电晕性能提高。当掺杂层无机含量为16%时,PI/Al_2O_3三层复合薄膜的耐电晕时间比纯PI薄膜提高了48倍。     

电力变压器油纸绝缘热老化研究综述

综述了电力变压器油纸绝缘老化的研究现状,剖析了影响变压器油纸绝缘老化的各种因素。分析了变压器油纸绝缘热老化特征产物及规律,强调了水分对变压器油纸绝缘热老化的影响。分别总结了变压器油纸绝缘热老化的理化和电气特征量,并从微观形貌和分子动力学模拟层面探索绝缘纸内部纤维素的断链机理,从而讨论各种因素对绝缘热老化的影响机制。最后提出了电力变压器绝缘热老化领域后续关注的问题。     

微米氮化硼-纳米氧化铝复合环氧材料的导热与绝缘特性

环氧树脂(epoxy resin, EP)以其粘附力强、绝缘性能好等优点,在电气领域中得到广泛应用。但环氧树脂的低热导率限制其在器件中的使用,尤其在高频条件下。文中通过多巴胺改性微米氮化硼和纳米氧化铝,将制备的微纳米二元填料填充环氧树脂,研究环氧树脂复合材料的导热性能和电气绝缘性能。结果表明,质量分数22.5%BN和7.5%Al2O3环氧树脂复合材料的导热系数可以达到1.35 W/(m·K),相比于纯EP增加了812.5%,而介电损耗维持在较低水平。高频击穿实验结果展示出复合材料击穿时间明显提高,比纯环氧树脂提高了387%。该种方法制备所得的环氧树脂复合材料,具有热导率高、介电损耗低、高频击穿强度大等优点,为开发适用于高频电力电子器件的导热绝缘材料提供参考。     

变压器油纸绝缘热老化特性及特征量研究

对25#变压器矿物油、以BIOTEMP为代表的植物绝缘油、普通牛皮纸和热稳定绝缘纸材料构成的油纸绝缘试品进行了加速热老化实验,对老化过程中绝缘纸的聚合度变化规律及老化特性进行了对比分析,并对油中水分、糠醛含量这两个重要的老化特征参量的变化规律及其与聚合度的相关性关系进行了研究。研究的主要目的是探索新型绝缘材料的老化特性,为传统的老化特征参量应用于新型油纸复合绝缘材料构成的变压器老化诊断提供依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定基础。     

天然酯-纸绝缘与矿物油-纸绝缘的热老化及工频击穿特性对比

天然酯具有良好的电气、抗老化和环保等优越性能,被认为是矿物绝缘油的良好替代品。研究天然酯-纸绝缘的热老化产物生成规律和工频击穿特性,对于确保天然酯在变压器中的安全应用具有重要的理论和实际意义。为此,以天然酯和矿物油分别与普通绝缘纸组成油纸绝缘试品,在110°C和130°C下分别进行了加速热老化试验,对比分析了两种绝缘组合的老化产物生成规律和工频击穿特性。结果表明:在老化过程中天然酯中水分质量分数比矿物油高1个数量级;130°C老化时天然酯浸纸的水分质量分数高于矿物油浸纸,110°C时却相反;两种油的酸值随老化时间增加均增大,老化温度越高酸值越大,且天然酯酸值高于矿物油,110°C时天然酯浸纸中酸值也高于矿物油浸纸;虽然在热老化过程中,天然酯及其油浸纸的水分、酸值要高于矿物油及其油浸纸,但天然酯-纸绝缘比矿物油-纸绝缘具有更高的工频击穿电压。     

PMMA-g-Al2O3填充环氧树脂纳米复合材料的制备及性能研究

以聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)改性nano-Al2O3为填料,制备了PMMA-g-Al2O3/EP复合材料,并对其性能进行研究。结果表明:PMMA改性Al2O3纳米粉体的加入改善了环氧树脂的导热性能、冲击强度等综合性能,其冲击强度可达到18.34 kJ/m2,热导率提高率为22.9%,体积电阻率最高为14.98×1013Ω.m,且PMMA改性纳米Al2O3填充环氧树脂的综合性能优于未改性纳米Al2O3和A151改性纳米Al2O3填充环氧树脂的性能。     

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。     

基于混合电场线性叠加原理的换流变压器内部电场分布规律研究

换流变压器是特高压直流输电系统中的关键设备,其阀侧承受着交直流复合电压。研究热老化对交直流电压在油纸绝缘内分布的影响,可为换流变压器油纸选型提供理论借鉴。选取了换流变压器常用的绝缘油和绝缘纸作为研究对象,并对2种不同油纸组合展开加速热老化试验,测量并分析试验过程中绝缘油和绝缘纸的介电常数和电阻率的变化规律,在此基础上通过油-绝缘纸-油有限元电场仿真模型分析,基于线性叠加原则,得到了交直流电压在热老化过程中的分布变化情况,表明热老化主要影响油纸中直流分量的分布,将显著提高油中的电场强度。     

变压器油纸绝缘的介电响应特性研究——加速热老化的介电谱

为了研究变压器油纸绝缘老化的介电响应特征量,本文对油纸绝缘试品进行了加速热老化,并在老化的不同阶段开展了相同试验温度下的极化、去极化电流(PDC)和频域谱(FDS)试验。在PDC试验数据的基础上,引入时域介电谱理论,提取其峰值和峰值时间常数作为老化特征量,研究了该特征量与绝缘老化的关系。结果表明,绝缘老化使PDC试验的极化及去极化电流曲线均明显上移,FDS试验的复电容实部和虚部曲线在低频段均向右上平移,时域介电谱曲线则向左上方平移,这是由于老化引起水分、有机酸等含量的增加以及对纤维素结构的破坏,提高了油纸绝缘间夹层介质界面极化的强度和响应速度而造成的。在本文的试验条件下,油纸绝缘的时域介电谱对其老化反应灵敏,可定量反映油纸绝缘老化程度的变化情况,其峰值和峰值时间常数可考虑用作表征油纸绝缘老化程度的特征量。     

换油对油纸绝缘热老化特性参数的影响研究

采用矿物绝缘油与牛皮绝缘纸作为试验材料,开展了不同时长的变压器油纸绝缘加速热老化试验,并在不同时刻进行换油操作,以研究换油对油纸绝缘热老化特性参数的影响。