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。     

绝缘纸对天然酯和矿物油热老化特性的影响

本研究选取矿物油-纸、天然酯-纸、矿物油与天然酯4种样品在140℃下进行1 640 h加速热老化试验,重点分析4种油样在不同老化阶段的酸值、介质损耗因数的变化规律,并对比老化油和纸的外观变化情况,来综合对比老化过程中绝缘纸的参与对不同绝缘油的性能影响差异。结果表明：无绝缘纸的老化油样酸值、介质损耗因数和老化程度都高于有绝缘纸的油样,有无绝缘纸的情况下天然酯的老化差异性相比矿物油要小一些,对于酸性物质容纳能力优于矿物油,并可以在一定程度上延缓绝缘纸的老化。     

电场对绝缘纸中水分扩散特性的影响

水分和电场是绝缘纸老化的两个重要因素。长期以来水分对绝缘纸的老化作用研究都采取宏观试验的方法,而对电场作用的数值模拟主要是采用Ansoft、Ansys、Matlab等电气专业的仿真软件。但这两种方法都不能反映材料的微观物化过程。本文采用材料分析软件Material Studio分别对不同电场作用下绝缘纸晶面及无定形区的水分的扩散进行了分子动力学模拟。研究结果表明:电场的极化作用会束缚水分子在绝缘纸晶区表面的扩散,使其扩散系数减小,并表现出在X、Y和Z方向的差异性;电场还会使纤维素晶面和水分子的相互作用能增加,纤维素亲水性增强,这在一定程度上影响水分扩散系数的方向性。相比较而言,水分在纤维素无定形区的运动受电场影响规律性较差。     

水分和老化对油浸绝缘纸温度介电谱和活化能的影响

为了研究老化和水分对油浸绝缘纸温度介电谱和活化能的影响,以便更准确地评估其水分含量和老化状态,利用Concept 80宽频介电谱仪测量了不同水分含量、不同老化程度下油浸绝缘纸介质损耗的频域介电谱和温度介电谱,然后利用Arrhenius方程计算得到了油浸绝缘纸的活化能。研究发现:在相同温度下,油浸绝缘纸介质损耗随着其老化程度的加深或水分含量的增大而都逐渐增大;随着温度升高,相同水分含量下不同老化程度或相同老化程度下不同水分含量的油浸绝缘纸介质损耗的差异越来越显著;利用无交互作用双因素方差分析表明,水分对活化能的影响显著,老化对活化能几乎没有影响;油浸绝缘纸活化能与水分有很好的线性关系,可用来评估油浸绝缘纸的水分含量并消除测量温度对其频域介电谱的影响。     

矿物油与植物油对绝缘纸热老化特性的影响研究

为研究植物绝缘油与矿物绝缘油中绝缘纸的老化特性,分别将FR3植物油和25~#矿物油与绝缘纸组成油纸绝缘组合,在130℃下开展人工加速热老化试验。分析两种油中老化绝缘纸的介电特性、微观结构以及拉伸强度。结果表明:随着老化时间的增加,绝缘纸的介质损耗因数(tanδ)和相对介电常数(ε_r)均呈下降趋势;相同老化时间下,相较于矿物油中的老化绝缘纸,植物油中的老化绝缘纸纤维结构保持更为完整,拉伸强度保持更好,植物绝缘油能在一定程度上延缓绝缘纸的老化进程。     

热老化对纤维素绝缘纸的空间电荷及陷阱特性的影响

为理解变压器用纤维素绝缘纸在其热老化过程中的空间电荷特性演变规律及其影响机制,采用电声脉冲法研究不同老化程度绝缘纸在不同电压等级(30、15和5kV/mm)下的加压和去压后的电荷密度分布规律,分析了绝缘纸热老化程度与其空间电荷特性演变规律间的联系。结果表明:纤维素绝缘纸体内电荷注入量及注入速率与外施电场等级成正比关系。热老化能够降低纤维素绝缘纸空间电荷注入的起始阈值,并减缓绝缘纸体内电荷注入和迁移的速率,从而削弱了体内电荷的复合现象。随着热老化程度的增加,纤维素绝缘纸体内陷阱的分布密度和陷阱能级的深度都将增大,致使材料体内残留电荷不仅总量逐渐增大,而且衰减速率逐渐降低。研究成果为理解热老化对纤维素绝缘纸空间电荷积聚和消散的影响机制提供了理论支撑。     

温度和水分对矿用干式变压器Nomex绝缘纸介电特性老化规律的影响

根据矿用干式变压器自身结构及运行环境特点,对变压器Nomex绝缘纸进行了湿热加速老化试验,分析测量了温度和水分对Nomex绝缘纸介电特性的影响规律。     

水分对电容式套管油浸纸热老化特性影响的试验研究

本文中作者对油纸套管的内绝缘的结构与设计原理进行了研究,对电容式套管绝缘纸的加速热老化试验结果进行了分析,并给出了结论。     

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。     

矿物油-天然酯混合绝缘油减缓绝缘纸热老化速率机理的XPS研究

以矿物油-天然酯混合绝缘油及25#矿物油为研究对象,对比了两种绝缘油对绝缘纸热老化速率的影响,证实了混合油对油纸绝缘老化速率起到明显的抑制作用。为了进一步分析混合油对纤维素热老化的抑制机理,本文采用X射线光电子能谱(XPS)法,对在两种绝缘油中老化的绝缘纸表面及内部的XPS碳谱(碳原子的化学态)进行了研究,并结合表征绝缘纸老化程度的传统特征量-聚合度和油中糠醛含量进行了分析。结果表明,与矿物油相比,在混合油中老化的绝缘纸产生了新的基团-酯基(O-C=O),这是混合油抑制绝缘纸热老化的主要原因。通过XPS碳谱的定量分析,发现形成酯基的碳原子主要位于纤维素链中的葡萄糖环上,为今后绝缘油和绝缘纸的抗老化改性提供了参考。     

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。     

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。     

变压器绝缘纸材料的老化力学特性研究

变压器绝缘老化的负面影响主要是绝缘力学性能下降,一旦遭受外部短路冲击,绕组线圈极可能发生形变,导致变压器丧失绝缘能力,最终引起变压器故障.本研究基于材料力学理论,针对绝缘纸材料结构特点,建立绝缘纸材料力学分析模型.结合绝缘纸材料老化机理及其影响因素,搭建绝缘纸材料力学特性试验平台,利用循环载荷下的应力应变曲线,开展不同老化程度下绝缘纸材料的力学特性试验研究,获得绝缘纸老化力学特性.结果表明:多次循环载荷作用下绝缘纸材料的塑性基本消失,不同老化时间下的绝缘纸可以被近似简化为弹性材料.     

植物油与普通绝缘纸复合绝缘的老化特征研究

植物油替代矿物绝缘油时与普通纤维绝缘纸组成的绝缘系统的老化研究是该种组合绝缘实际应用的重要基础,为了掌握植物油与普通纤维绝缘纸组成的复合绝缘的老化特性,通过植物绝缘油与普通纤维绝缘纸组成的复合绝缘在90°C、110°C和130°C下的加速老化试验,分析了聚合度与老化时间的关系;研究了油中水分含量、CO2/CO与老化时间、聚合度的关系。结果表明:聚合度与老化时间的关系满足微分形式的降解方程;油中水分含量、CO2/CO与聚合度有较好的对应关系,可以用它们作为评估由植物油和普通纤维绝缘纸组成的绝缘系统老化程度的参量之一。     

我国耐高温非纤维素绝缘纸的现状和发展动向

绝缘纸是一种采用造纸工艺生产并广泛应用于变压器、电容器、电机、电线电缆等电气装备中的重要绝缘材料,按其组成可分为纤维素纸和非纤维素纸两大类.随着我国电力工业的持续发展,电机等用电设备逐步向高效小型化方向发展,故对绝缘纸的各项性能尤其是耐高温性能提出了更高的要求,纤维素纸虽然历史悠久,但耐热性不高,已无法满足耐热等级F级以上电气绝缘系统的使用要求,因此耐热性更高的非纤维素纸异军突起.本文简要介绍了我国各类耐高温非纤维素绝缘纸的研发历程、性能特点、主要用途、生产现状及发展动向.     

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。     

老化和水分对电容性套管绝缘纸频域介电特性的影响

套管故障是引起变压器停运的主要原因之一,其中套管绝缘受潮引起的故障比例占据首位,而水分是引起油纸绝缘劣化的重要因素,因此研究不同水分对电容性套管绝缘介电特性的影响对于评估套管受潮状态具有重要意义。制备了不同初始水分质量分数的油纸电容型套管电容芯子试品,开展了实验室内油浸纸电容芯子的加速热老化试验,建立了介损特征区间积分模型,发现老化时间与油浸纸介损在特征区间的积分值符合线性规律,水分同介损在特征区间的积分宽度符合线性规律,表明油浸纸频域介电谱中的介损积分值可反映绝缘老化程度,为现场基于介损评估受潮下油纸套管的老化状态及受潮对绝缘老化的加速情况提供研究思路。