水分对绝缘纸微观特性影响的分子模拟研究

结合分子动力学(molecular dynamics,MD)和半经验量子力学(semi-empirical quantum mechanics,DFT)的分子模拟方法,研究了水分对绝缘纸微观特性的影响。采用Theodorou提出的高聚物无定形区建模方法,建立了绝缘纸纤维素无定形区模型,计算了纤维素无定形区的力学常数、氢键和Mulliken布居数。结果表明:绝缘纸纤维素体系中加入的水分子主要通过破坏纤维素分子间的氢键网络,导致纤维素机械强度的降低,而纤维素分子内氢键对拉伸强度影响并不显著;水分会引起吡喃环上化学键强度变化,开环的热解引发键始终为C—O键;水分会导致纤维素糖苷键化学强度降低,促进糖苷键断裂引起的纤维素降解老化;水分子能够与纤维素链上的羟基形成氢键作用,对相应化学基团羟基和氢基的脱落产生一定的影响。     

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。     

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。     

变压器绝缘纸纤维素耐热老化性能提升的模拟及试验

电力变压器在运行过程中绝缘纸会出现热老化现象,而老化产生的水分又会进一步加速绝缘纸的热老化,故绝缘纸的老化状态在很大程度上决定着变压器的使用寿命,所以提升绝缘纸的耐热老化性能对变压器的安全运行具有很重要的意义。通过建立纤维素/水模型,胺类(双氰胺、三聚氰胺和聚丙烯酰胺)改性的纤维素/水模型,运用分子摸拟技术从力学特性、水分子扩散系数和纤维素的玻璃化温度等角度研究了胺类物质对纤维素耐热老化性能的改善效果。同时,将三种胺类添加到绝缘纸中制备了改性绝缘纸,并将其与普通绝缘纸一起在110℃下进行加速热老化试验,然后定期测量普通绝缘纸及改性绝缘纸的聚合度和水分含量。模拟结果表明,胺类改性纤维素/水模型中纤维素在变压器运行温度范围内力学性能得到提升,水分子运动剧烈程度弱于纤维素/水模型,其玻璃化温度较纤维素/水模型提高了41K。试验结果表明,随着热老化时间的增长,胺类改性绝缘纸的聚合度下降速度要比普通绝缘纸的缓慢,且其水分含量也相对较少。模拟分析与试验测试结果均表明胺类物质的加入对绝缘纸纤维素的耐热老化性能具有较好的提升效果。     

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。     

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。     

基于分子模拟的绝缘纸高温裂解过程水分产生及其破坏作用研究

绝缘纸高温裂解时有大量水分生成,为从微观层面研究水分子生成机制及其对绝缘纸的破坏作用,首先以绝缘纸纤维素链的结构单元纤维二糖(Cellobiose)为研究对象,结合Reax FF反应分子动力学模拟方法(Reax FF-MD),模拟绝缘纸高温裂解过程,发现裂解时有大量水分子产生,且水分子数量呈递增趋势,个别时间区间内水分子数量波动明显,存在水分子的消失及再生现象。因不同位置的O原子的活性存在差异,夺H脱H_2O反应分三种情况,即仲醇羟基夺H脱H_2O、醚基O原子夺H脱H_2O和伯醇羟基夺H脱H_2O。最后利用分子动力学模拟水分对纤维素链的破坏作用,发现水分子在纤维素链间自由空隙中局部运动,并与纤维素链上的羟基和醚基O原子结合氢键,既束缚水分子的运动,又破坏纤维素自身的氢键网络。模拟结果和实际实验结论相一致,可为变压器过热故障分析提供借鉴,表明利用分子模拟方法研究绝缘高分子材料老化微观过程及改性研究是一种行之有效的方法。     

物理改性纤维素绝缘材料亲水性行为的分子动力学模拟

为了从微观层次揭示物理改性后纤维素绝缘材料抗老化性能提高的机理,选用聚合度为3的纤维素分子链、水分子、三聚氰胺和双氰胺分别对改性前后纤维素材料的无定形区进行了建模,并用分子动力学模块对这2个模型进行了计算。分别从水分的扩散系数、体系内的氢键结合数和分子之间的相互作用能3个方面探讨了改性前后体系的变化和抗老化性能差异的作用机理。结果发现:物理改性体系中的水分子扩散系数小于天然体系;由于抗老化剂的作用,物理改性体系中的总氢键数多于天然体系。与水分子的相互作用能上,抗老化剂最大,天然纤维素分子次之,改性体系中的纤维素分子最小;抗老化剂的存在使纤维素分子与水分子的相互作用能减弱。     

植物油对油浸绝缘纸老化速率的影响及机理

为了研究植物油对油浸绝缘纸老化速率的影响,本文以25#矿物油纸绝缘和ABB公司生产的BIOTEMP植物油纸绝缘为研究对象,分别开展了加速热老化试验,分析植物油对其老化速率的影响,结果表明植物油可以延缓绝缘纸的老化速率,延长其使用寿命。采用XPS和分子模拟软件分析了造成这种影响的原因,绝缘纸在植物油中热老化具有较大的活化能,水分子与植物油分子之间具有较大的相互作用力,容易被植物油分子束缚,削弱纤维素的水解反应。热老化过程中,植物油对绝缘纸纤维起到化学改性作用,由酯化反应生成的酯基一方面可以更加牢固地束缚水分子,另一方面长链脂肪酸酯化到纤维素上后将与纤维素平行排列,对纤维起到"水屏障"的作用,从而延缓纤维的水解速率。     

基于分子动力学的无定形纤维素热力学性质仿真

为更深入地在微观角度上研究变压器绝缘纸老化机理,利用分子动力学仿真,对不同温度下纤维素无定形区的热力学性质进行了研究。结果表明:纤维素无定形区为各向同性弹性材料,其弹性系数和各模量随着模拟温度的升高均有减小的趋势,与晶区相比,温度对其影响较大;无定形区的刚性随温度升高出现较大减弱;随着温度升高,无定形区内氢键数量减少,并且分子内氢键数目较分子间氢键数目下降快。对比晶区内的氢键数目在相同模拟温度下的极小变化,可知纤维素的老化首先是从纤维素的无定形区内分子间的氢键被破坏开始的。随模拟温度的升高,纤维素分子链运动加剧,但其末端距无明显变化。温度对纤维素无定形区的力学性质和氢键的影响从分子层次上阐明了纤维素绝缘老化实验中结晶度升高及无不定形区先行老化的微观机理。     

变电站隔离闸刀触头的检修方法

电网运行中GW4、GW5、GW7等型隔离闸刀触头容易发热,影响变电设备的操作和安全运行;通过分析闸刀触头发热的原因,找出处理发热的办法,以解决触头发热的问题,促进电网安全生产和稳定运行。     

一种考虑了负荷特性的企业电网潮流算法

大型企业电网的负荷特性主要表现为感应电动机群特性,为了改进现在常用的电力系统潮流算法中用恒功率模型来表征节点负荷,不能满足工程精度要求的问题,提出了在对企业电网负荷节点电动机群进行等效变换后,引入负荷特性的潮流计算的思路,在此基础上进行了理论推导,并经过现场实测数据,进行了仿真。仿真结果表明,负荷特性的潮流计算方法符合企业工程精度要求,可以达到提升业电网潮流计算结果在精确度、实用度等方面的要求,具有一定的理论和工程意义。     

铅酸蓄电池板栅浇铸缺陷分析

铅酸蓄电池板栅浇铸过程中出现的缺陷通常分为宏观缺陷和微观缺陷两大类。本文通过宏观和微观分析的方法,结合板栅的实际情况,对Pb-Ca-Sn-Al四元合金板栅浇铸过程中产生的缺陷进行了介绍和分析。     

小功率金卤灯再启动特性机理的探讨

利用专门设计的金卤灯再启动特性测试仪记录了金卤灯再启动特性的若干典型曲线，对某些异常特性的发生机理进行了分析，找到了它们与金卤灯内在质量的联系，研究表明通过测量金卤灯的再启动特性可以方便地诊断金卤灯的内在质量。     

绝缘子憎水性图像水珠/水迹形状提取算法

绝缘子表面憎水性检测是判别绝缘子性能优劣的主要手段.传统的检测方法具有其主观性,图像处理技术的引入为憎水性检测提供了更为客观的方法.考虑到绝缘子所处环境的复杂性(污秽、光照等)以及憎水性图像本身的特殊性(水的透明性),本文首先对绝缘子憎水性图像进行自适应直方图均衡和基于模糊逻辑的滤波,以达到增强图像的效果;然后通过基于模糊熵的自动阈值分割方法来获取水珠(水迹)的形状信息,最后用数学形态学的二值重构开运算来去除由于分割引入的噪声.实验统计结果表明,该方法能够对各级憎水性图像进行有效地分割.     

变压器局部放电监测系统中方向传感器的研制

列举了局部放电在线监测时 ,现场所遇到的干扰 ,并分析了各种抑制措施的不足 ,提出用定向耦合法进行干扰。分析并论述了方向传感器的基本原理和特点 ,研制了适用于定向耦合方法的传感器。试验证明 :所研制的传感器对信号有很好的响应 ,可以消除外部干扰 ,放大局部放电信号     

发电机定子绝缘剩余寿命评估参量的选择

为选择发电机定子绝缘剩余寿命评估的特征量,测量了运行23年的发电机定子线棒局部放电、tanδ和击穿电压等参量,分析了非破坏性参量与击穿电压的关系,并根据绝缘老化机理和过程,得出了tanδ、Δtanδ、S+k,S-k, Asy等5个特征参量。分析发现第一主成分中上述参量的比重较大,证明它们能较好预测绝缘的老化状态。     

隔膜电阻测试方法的研究

较详细地介绍了化学电源用隔膜电阻的两种测试方法——相对电阻率法和面积电阻法,两种测试方法的原理、使用仪器及测试线路、测试步骤等.分析了采用相对电阻率法和面积电阻法测出的隔膜电阻之间的关系,推导出在KOH电解液密度为 1.40g/cm~3时,隔膜面积电阻R_s与隔膜相对电阻率K的关系式为:R_s=2.2K·d(d:隔膜的湿厚度).讨论了面积电阻测试中的测试面积、隔膜厚度对测试结果的影响及面积电阻对分析电池性能的作用等问题.     

压实度标准制定的合理性

通过土料干湿法对比试验和环刀取土尺寸效应对比试验, 探讨了影响分层碾压土基垫层 压实度的主要因素, 指出通过击实试验制定土基压实度标准和施工质量检验时应注意的问题, 以及如何确保压实度标准制定的合理性和现场检验的客观性。     

从实际滑移土坡确定滑带土抗剪强度

本文简要介绍了滑带土抗剪强度的几种确定方法及其所存在的受限问题,提出与摩尔极限应力圆物理意义一致的临界圆强度包线法可应用于抗剪强度的确定,并在小岭滑坡中证实,经对比计算,结果较为理想。