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。     

初始水分含量对油纸绝缘热老化特性的影响

为探讨初始水分含量对变压器油纸绝缘老化过程的影响机制,设计了绝缘纸初始水分质量分数分别为1%、3%、5%的矿物油-纸绝缘试品在90°C下的加速热老化试验,定期取样测量了绝缘纸聚合度、油纸绝缘水分质量分数、油中糠醛质量浓度、油中酸值等特征参量。然后,在分子模拟软件内建立了不同含水量的矿物油分子、糠醛分子、水合氢离子模型,通过分子动力学模拟技术计算了糠醛分子及水合氢离子与不同水分含量油分子模型之间的扩散系数、相互作用能、径向分布函数。实验结果表明:绝缘纸和矿物油中水分含量在老化过程中均是波动的,油中糠醛和酸值在老化过程中的变化趋势未与绝缘纸聚合度的下降规律相对应,受系统水分含量的影响较大。分子模拟结果表明:水分的增加显著降低了糠醛及小分子酸的扩散能力,并与糠醛及小分子酸形成稳定的氢键;同时,水分与糠醛及小分子酸的极性作用改变了彼此的相互作用能。实验数据与分子模拟结果相互验证,为深入研究油纸绝缘的老化机理及诊断提供了理论参考。     

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。     

植物绝缘油变压器不同油纸绝缘组合老化水分含量研究

植物绝缘油变压器内部油纸绝缘结构中水分的存在会加速油纸绝缘老化,降低其介电性能及力学性能,导致变压器的故障发生率提高。因此,研究不同植物油纸绝缘组合老化过程中水分变化规律对保障变压器安全稳定运行具有重要的意义。本研究以3种植物绝缘油、普通变压器矿物绝缘油与B级耐热的DMD变压器专用绝缘纸的4种油纸绝缘组合为对象,在实验室进行加速热老化试验,探索了植物绝缘油纸老化过程中水分含量的变化规律。结果表明:绝缘油的类型是影响油中水分含量的原因之一,老化过程中植物绝缘油中水分含量明显低于矿物绝缘油,油中水分含量随老化时间的增加呈先升高后降低的趋势。     

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。     

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。     

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。     

基于油中水分含量的变压器绝缘纸寿命评估

水分是影响电力变压器油纸绝缘性能的重要因素,如何通过油中水分含量简单、准确地判断变压器绝缘纸的老化状态成为当今研究的重点。本文首先分析了油纸绝缘系统的水分来源及其危害,然后基于频率因数a的Taylor展开式得出a与绝缘纸中水分含量间存在正比关系,进而得到了计及水分含量的修正Arrhenius定律。其次,结合化学反应动力学推得绝缘纸中水分含量与聚合度间的量化关系,并根据纤维素老化对Oommen油纸水分平衡的影响,获得了绝缘纸的聚合度(degree of polymerization,DP)与油中水分含量间数量关系的修正表达式;在此基础上推得了绝缘纸特征寿命的预测判据。最后,通过实验数据表明未考虑绝缘纸老化影响时,油纸水分与纸中水分间的表达式的计算误差为20%~50%,基于油中水分含量的DP表达式的计算误差为3.8%~38.4%;而修正表达式可分别将上述误差降低到12.5%以下及23.3%以下。当老化温度为140℃,油中水分的体积分数分别为10~(-6)和13×10~(-6)时,绝缘纸的特征寿命分别为65天和12天。     

应用油中酸值评估不同老化程度绝缘纸中水分含量

变压器油纸绝缘老化会影响水分在油纸中的分布情况,为此,应用绝缘油中酸值作为老化的特征参数以定量描述老化对水分分布的影响。对4组油纸绝缘试样进行不同程度的加速热老化试验,结果表明:油纸绝缘老化导致油中水分的饱和溶解度不断增加,并促使绝缘纸中水分向绝缘油中转移。根据试验测量结果,引入与油中酸值相关的平移因子m,建立了绝缘油中水分饱和溶解度与油中酸值和温度的数学表达式;根据Freundlich等温吸附方程式建立了绝缘纸中水分质量分数与油中水分质量分数、油中酸值和温度的数学表达式,拟合得到吸附平衡常数c和系数n与温度的关系式。应用以上研究成果可以更准确有效地评估不同老化程度的绝缘纸中水分质量分数,具有重要工程应用价值。     

变压器油纸绝缘老化动力学模型及寿命预测

变压器固体绝缘材料（绝缘纸）寿命决定其使用年限,温度和水分是影响绝缘纸纤维素老化降解最主要的因素。以油浸变压器内广泛应用的＊25变压器油和普通牛皮纸为实验原料,模拟变压器实际生产流程,制作初始水分质量分数分别为1％、3％、5％的油纸绝缘试品,并将3个水分质量分数的油纸绝缘试品分别在90℃、110℃和130℃下进行了长期...