植物绝缘油-纸复合绝缘热老化特性研究

为研究植物油-纸绝缘的热老化产物生成规律和绝缘特性,以植物绝缘油和矿物绝缘油分别与绝缘纸组成油-纸复合绝缘,在110℃和130℃下进行加速热老化试验。结果表明:随着老化时间的延长,两种绝缘油的酸值、糠醛含量、油中溶解气体含量均增加,闪点和界面张力均下降;相同老化条件下,植物绝缘油的酸值、产气量比矿物绝缘油的大,植物绝缘油中糠醛含量少于矿物绝缘油。     

干燥空气下植物油-纸绝缘老化特性

为研究植物油与NOMEX纸组成的油纸绝缘系统在通入干燥空气条件下的热老化特性,并为新型油纸绝缘系统应用于开放式变压器提供一定的参考,对BIOTEMP油(植物油)、NOMEX纸和3042纸板构成的油纸绝缘试品在通入干燥空气与170°C环境中开展了216h的加速热老化试验研究。测量并记录了老化过程中纸板的聚合度、NOMEX纸的抗拉强度、油中糠醛质量浓度、油中酸值和含水质量分数等老化特征参数,系统分析了各参数随老化时间的变化规律、参数间联系及原因,并与矿物油的试验结果进行了细致的对比。研究发现,纸板聚合度的下降规律符合二阶动力学模型,而NOMEX纸的抗拉强度随着老化的进行略有增加;油中和纸中的含水质量分数先增加后减少,而纸板中含水质量分数则呈波动状态;油中糠醛质量浓度与纸板聚合度有较好的半对数-线性关系;油中酸值、油击穿电压以及油介质损耗因数可用于评估植物油在通入干燥空气条件下的热老化状态。     

矿物油与天然酯混合油-纸绝缘热老化光谱及热重特性

为了比较矿物油-纸绝缘和混合油-纸绝缘在热老化过程中光谱和热重特性的异同,对矿物油-纸绝缘和混合油-纸绝缘在110°C进行264d的热老化。运用紫外-可见分光光度法研究了这两种油-纸绝缘不同老化程度的绝缘油,运用傅立叶红外光谱分析了在这两种油-纸绝缘中老化的绝缘纸,通过热重实验分析了这两种油-纸绝缘的热重特性。结果表明:混合油-纸绝缘老化速率小于矿物油-纸绝缘;两种油-纸绝缘中绝缘油紫外光谱特征峰吸收强度急剧增加的时刻相对应;混合油-纸绝缘中绝缘纸纤维素上羟基和脂肪酸的酯化反应能抑制绝缘纸老化;混合油-纸绝缘的热裂解速率小于矿物油-纸绝缘。     

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。     

油纸绝缘热老化特性及生成物的对比分析

对由普通25#矿物油、以Biotemp为代表的植物油和普通绝缘纸、热稳定纸组成的4种油纸绝缘试品在90、110和130℃ 3种温度下开展了热老化实验,测量并记录了老化过程中绝缘纸的聚合度、油中糠醛、CO、CO2以及油酸值和微水含量等老化特征参数和变化规律,并首次系统地对比分析了不同绝缘组合的老化特性,探索不同绝缘材料老化生成物的相关性关系,为传统的老化特征参量应用于不同油纸绝缘系统的老化诊断提供了依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定了基础。     

天然酯-普通纸(或热稳定纸)绝缘热老化特性

为研究新型绝缘油天然酯与两种绝缘纸组成的酯-纸绝缘热老化特性,将天然酯-普通纸和天然酯-热稳定纸绝缘试品,在90℃、110℃和130℃下进行了399 d的热老化试验.结果表明:天然酯-纸绝缘中,相同老化条件下,热稳定纸聚合度和稳定聚合度都分别明显高于普通纸;通过热稳定纸中含有双氰胺的红外光谱分析,从官能团角度研究了热稳定纸抑制绝缘老化的两大机制.热稳定纸能吸附较多糠醛;对同一种酯-纸绝缘,糠醛仍可作为衡量变压器中酯-纸绝缘老化程度的参量;对不同绝缘纸的酯-纸绝缘,糠醛含量的差异不能表征它们之间绝缘纸老化程度的差异.研究了这两种不同酯-纸绝缘老化过程中,酯中微水含量变化规律的异同,从而建议使用天然酯的变压器,用热稳定纸作为与之匹配的固体绝缘材料,以利于酯在老化过程中保持较好绝缘性能.     

植物油-纸绝缘的电老化寿命试验研究

植物绝缘油具有高燃点和高闪点，几乎可完全生物降解以及良好的电气性能，是目前国际上重点研究的环保型液体绝缘材料。油纸绝缘结构因其稳定的性能而在电力设备中得到广泛的应用，因此评估植物油-纸绝缘的寿命具有重要意义。采用逐步升压法对植物油-纸绝缘模型进行加速电老化试验，利用双参数Weibull分布对试验数据作统计分析，反幂函数和指数函数拟合试验数据并求得电压耐受系数；同时进行矿物油-纸绝缘模型的加速电老化寿命试验，对比分析了2种油纸绝缘的加速老化性能。试验结果表明，由于植物绝缘油的介电常数比矿物绝缘油的高，使植物油-纸绝缘结构的电场分布比矿物油-纸绝缘结构的均匀，因此植物油-纸绝缘的电老化性能优于矿物油-纸绝缘。     

基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估

为了解决高压套管现场检测手段有限、诊断准确性差的问题,改善目前高压套管事故多发的现状,采用新型无损检测方法对高压套管绝缘老化和受潮状态进行评估,对提高高压套管的运行可靠性具有重要意义。笔者采用基于介电响应理论的频域介电谱法(FDS),对3支结构相同的油纸绝缘高压套管在不同温度、含水量以及热老化时间下FDS测试的介损频率曲线进行了对比和分析,通过0.01¹ 000 Hz频段的FDS测试的介损频率曲线来评估套管纸绝缘的含水量。研究结果表明,FDS测量的套管介损频率曲线受温度、含水量和老化时间等因素的影响,介损频率曲线的低频部分对套管纸绝缘含水量更敏感,而通过FDS测试评估套管纸绝缘含水量也可定量分析套管内部纸绝缘的老化和受潮状态。相比传统工频介质损耗测量,频域介电谱测量能够更灵敏和较全面地反映套管内部绝缘老化和受潮状态,具有较好的工程应用价值。     

油纸绝缘热老化过程中含水量变化趋势及水分转移规律

根据某一具体时刻的油中含水量(即水的体积分数)来估算纸中含水量误差较大,且根据油、纸的含水量绝对值来进行变压器状态评估及受潮分析不全面。为此,在110°C和130°C下设计了初始含水量分别为1%、3%、5%的绝缘纸在矿物油中的加速热老化试验。系统研究了老化过程中绝缘纸平均含水量、油中含水量及油纸绝缘系统总含水量变化趋势;通过分析系统总含水量的变化及绝缘纸内部水分分布情况,探讨了油纸绝缘的水分转移规律;分析了老化过程中油中水分与纸中水分的关系。结果表明:老化过程中油中水分、纸中水分及系统总含水量均是波动的,且3者的波动幅度相互之间有较好的正相关性;初始含水量较高(3%、5%)时,油纸绝缘系统与外部氮气环境之间的水分转移起主导作用,初始含水量较低(1%)时,水分主要在系统内部油、纸二相间转移;老化过程中油中水分与纸中水分不能构成函数关系。因此提出应根据整个老化过程中油、纸及油纸绝缘系统总含水量3者整体上的波动趋势和波动幅度来进行变压器状态评估及受潮分析。     

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。     

水分和酸对矿物油与天然酯混合油-纸绝缘热老化的影响

为了研究矿物油与天然酯混合油-纸绝缘(混合油-纸绝缘)的热老化特性,揭示天然酯的存在对混合油-纸绝缘体系中水分和酸的影响,对矿物油-纸绝缘、混合油-纸绝缘在110℃下进行了加速热老化实验,通过分子模拟分析了这两种油-纸绝缘体系中水分与绝缘油和水分与绝缘纸的相互作用,并对老化后的绝缘纸进行了红外光谱分析。研究结果表明:混合油-纸绝缘抗老化能力优于矿物油-纸绝缘;混合油-纸绝缘中的天然酯能与水分和酸形成稳定的氢键,减弱水分和酸对绝缘纸的协同危害作用;混合油-纸绝缘系统中,绝缘纸纤维素上羟基和脂肪酸的酯化反应能抑制绝缘纸老化。     

绝缘文摘与专利

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/廖瑞金;张爽;杨丽君;等/高电压技术,2012(04)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℃和130℃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℃老化时天然酯浸纸的水分质量分数高于矿物油浸纸,110℃时却相反;两种油的酸值随老化时间增加均增大,     

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。     

油纸复合绝缘热老化及水分影响机理的反应分子动力学模拟

高温和水分是导致变压器油纸绝缘劣化的主要因素,对其劣化机理进行分析具有重要意义。该文建立油纸复合绝缘的分子模型,利用反应力场(ReaxFF)模拟不同含水量下的绝缘热老化过程。统计绝缘老化过程中反应物与生成物的数量变化趋势,通过同位素标记法得到油纸复合绝缘热老化的主要反应路径和相互作用机理,重点分析水分对复合绝缘热老化过程的影响机制。结果表明:油纸复合绝缘热老化的小分子产物主要包括氢气、乙烯、甲烷、水、乙醇醛、甲酸、一氧化碳和二氧化碳。高温条件下,水分子易与纤维二糖分子形成氢键,破坏纤维二糖结构;纤维二糖裂解产生水与酸,促进绝缘油劣化。在H~+的作用下,油、纸绝缘老化相互促进,加速复合绝缘老化。     

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。     

植物绝缘油与多种变压器用绝缘纸的相容性研究

为研究植物绝缘油与变压器绝缘纸材料的相容性,模拟变压器油纸绝缘系统,将丹尼森纸、电缆纸、铝箔皱纹纸等10种变压器用绝缘纸与植物绝缘油组成油-纸绝缘,研究它们的热老化特性。实验观察了28天热老化前后绝缘纸和绝缘油的变化,分别测试了这几种不同的油-纸在热老化7天、14天、21天和28天过程中,植物绝缘油的酸值和介质损耗因数。结果表明,该植物绝缘油与实验用的绝缘纸具有很好的相容性。     

油纸绝缘变压器中水分的聚积及其对热老化寿命的影响

分析了变压器中水分的来源,计算评估了油-纸绝缘体系老化产水的数量和纸、油分别产水的比率,导出了纸纤维老化寿命与其含水量关系的数学表达式.     

老化及受潮下硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特性对比研究

硅油作为矿物油的替代品在变压器、互感器和套管等高压电力设备中获得了比较广泛的应用,然而在硅油纸绝缘电力设备的绝缘状态评估研究方面所积累的经验相对较少。为了评估频域介电谱法用于硅油纸绝缘电力设备绝缘状态评估的有效性,该文对比研究了硅油纸绝缘和矿物油纸绝缘的频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)特征参数分别随水分含量和老化程度的变化规律。实验结果表明:水分对硅油纸和矿物油纸绝缘的频域介电谱特征参数的影响规律是一致的,两种油纸绝缘体系的介质损耗角正切值tanδ均随着水分含量的增加而逐渐升高;热老化对矿物油纸绝缘的tanδ和电介质相对介电常数ε_r有明显的影响且影响规律和水分非常相似,但对硅油纸绝缘的tanδ和ε_r的影响非常微弱。因此可以采用频域介电谱方法对硅油纸绝缘的含水量进行定量评估。     

基于频域介电谱和多输出支持向量回归的变压器油纸绝缘状态评估

为分别评估变压器油纸绝缘的老化程度和水分含量,文中通过加速热老化试验和吸潮实验制备了不同老化程度下含水量不同的油浸绝缘纸试品,测试了试品的介损因数频谱和阻抗相位频谱,分析了老化、水分对油纸绝缘频域介电谱特性的影响。采用多输出支持向量回归算法(multi-output support vectorregression,M-SVR)逼近频域介电谱曲线与油纸绝缘老化和水分之间的非线性映射关系,据此预测油纸绝缘试品的老化程度和水分含量。研究表明,对于含水量在0.5～5.6%范围内、具有不同老化程度的试品,M-SVR对含水量的预测精度较高,而对老化程度的预测精度较低,且均高于RBF神经网络;根据油纸绝缘试品的聚类分析结果,发现与老化程度相关性较大的第1、2类试品,M-SVR对其老化程度的预测精度明显提高,含水量预测精度变化不大。     

绝缘结构与测试电极对植物油纸频域介电谱特性的影响

为了全面研究绝缘结构对植物油纸频域介电谱特性的影响,搭建了植物油纸频率响应实验平台,采用3种不同电极对植物绝缘油、植物油纸绝缘结构、纸板间带1层油隙及带2层油隙的植物油纸绝缘系统进行测试。结果表明:绝缘结构对频域介电谱影响较大,在低频下植物油纸的介质损耗因数最低,植物绝缘油的介质损耗因数最高;在中高频下植物油纸的介质损耗因数最低,植物油纸与2层油隙组成的油纸绝缘系统介质损耗因数最高;3种测试电极测得同种试品的曲线存在一定差异,但整体趋势相同,可通过计算消除不同电极对测试结果产生的影响。