热老化过程中老化温度对油纸绝缘空间电荷特性的影响

通过研究不同老化过程中老化温度对油纸绝缘的空间电荷特性,可为换流变压器在长期高温运行下油纸绝缘的空间电荷特性提供试验依据。利用电声脉冲法研究了油纸绝缘在4种不同老化温度下、不同老化阶段的空间电荷特性,结果表明在热老化的不同阶段,油纸绝缘在极化过程中的空间电荷特性具有明显差异,而这种差异与老化程度之间并非简单的一一对应关系。一方面随着老化程度的增加,油纸绝缘的陷阱能级深度增加,空间电荷积聚量增加,并且升高老化温度会加剧这一过程;另一方面,在不同温度下进行热老化都会导致油纸的介电常数发生变化,进而也会影响油纸绝缘中空间电荷的积聚。分析表明油纸绝缘在老化过程中的空间电荷特性和介电常数虽然对老化温度敏感,但是温度的影响不完全符合Arrhenius方程,这可能与老化后纤维素化学键的断裂以及单体化学基团的生成速率有关。     

油纸绝缘系统老化过程中油中甲醇的生成规律研究

油中CO/CO_2含量比和油中糠醛含量是目前变压器固体绝缘老化状态评估的常用指标,但在实际应用中存在不能准确评估的情况。近年来对油纸绝缘老化产物甲醇的研究表明,甲醇有望成为新的油纸绝缘老化标志产物。为了研究变压器油纸绝缘老化过程中油中甲醇的生成规律,设计了不同温度下的油纸绝缘加速热老化实验,并采用顶空进样的气相色谱-质谱联用法(HS-GC-MS)对油中甲醇含量进行测量,分析不同老化温度下油中甲醇的生成规律以及与绝缘纸聚合度之间的关系。结果表明:在整个油纸老化过程中,甲醇持续生成,相较于糠醛等传统标志产物,甲醇可以对油纸绝缘前中期的老化程度进行更为准确的表征,具有较好的应用前景。     

基于回复电压特征量分析的油纸绝缘老化状态评估

为了将回复电压法(RVM)用于评估变压器油纸绝缘的老化状态,通过RVM5461回复电压测量仪对现场变压器进行测试试验,研究不同老化状态下回复电压特征量(回复电压最大值、中心时间常数、初始斜率)的变化规律。针对原有的回复电压特征量无法反映回复电压曲线整体的弛豫信息,首次提出一种能用于评估油纸绝缘状态的新特征量——半峰值周期。该特征量不仅反映了绝缘整体的极化速率,而且与变压器油纸绝缘老化程度有着密切关系。研究结果表明:充电时间影响着回复电压特征量的变化;随着老化程度的加剧,回复电压最大值增加,中心时间常数减小,初始斜率增大,半峰值周期减小。     

超高压变压器油中酸类物质的生成规律和变压器热老化状况分析

为了防止变压器突发性恶性事故发生,探寻更为准确地评估超高压变压器油纸绝缘老化状态和预测变压器剩余寿命的方法意义重大。为此,在130℃下进行了变压器油纸绝缘加速热老化实验,同时跟踪测定变压器油中的酸值、糠醛含量和介质损耗因数,分析模拟老化条件下生成酸类物质的规律,并与变压器老化特征量糠醛和油介质损耗因数的变化规律进行了对比分析。实验结果表明:在变压器油纸绝缘热老化过程中,老化生成酸性物质的反应分为反应诱导阶段和反应发展阶段。在老化反应进入诱导阶段后期,油中糠醛的含量下降,此后,油中的糠醛含量便不能正确反映变压器纸绝缘的老化状况。在老化反应的发展阶段,其反应速率常数是诱导阶段的约5~11倍。老化过程中变压器油中酸值的变化和介质损耗因数的变化具有良好的相关性,生成酸类物质反应速率的快速增加,与变压器油的绝缘性快速下降相一致。结果初步表明跟踪测定变压器老化过程油中酸值的变化,可更为准确地评估变压器油纸绝缘的老化。     

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。     

油纸绝缘变压器时域极化谱特性实验分析

本文旨在研究油纸绝缘介质老化机理与弛豫响应特征量之间的内在关系,将RVM(Return Voltage Measurement)技术应用于油纸变压器绝缘状态的无损诊断。通过RVM实验测量平台,测得恒温条件下不同微水含量、不同内部结构和不同老化状态的油纸绝缘样品对应的回复电压时域极化谱线,根据实验数据分析出不同绝缘状态下油纸绝缘时域极化谱特性参数的变化规律,并结合介质极化响应理论,阐明特征参数弛豫特性变化机理。实验结果表明:时域回复电压极化谱中回复电压最大值和主时间常数的位置改变,能有效反应油纸绝缘受潮和老化情况;初始斜率在充电时间10?2~101s、峰值时间在充电时间101~104s的量值大小,构成无损诊断的信息依据;初始斜率是老化程度的直接反馈参量,以区分水分对极化谱特性的影响;主时间常数可甄别绝缘结构不同的变压器绝缘状态,其与微水含量的指数函数关系,可用于延缓变压器受潮,提高运行可靠性。     

基于回复电压特征量的油纸绝缘老化诊断

准确诊断油纸绝缘变压器老化状态对降低变压器故障率,提高电力系统供电可靠性具有重要意义。首先对回复电压特征量与油纸绝缘老化之间的关系进行了理论分析,然后通过同台变压器不同绕组和同台变压器检修前后的回复电压测量数据来研究油纸绝缘老化与回复电压特征量之间的内在联系。研究结果表明,回复电压初始斜率在短充电时间下反映绝缘油的老化情况,而在长充电时间下则反映绝缘纸的老化情况,且初始斜率越小,其反映的绝缘介质的绝缘状态越好。回复电压极化谱最大值反映油纸绝缘变压器绝缘纸的老化状态;回复电压极化谱的短充电时间部分反映绝缘油的老化状态;回复电压极化谱的长充电时间部分反映绝缘纸的老化状态。回复电压曲线的峰值时间越大,油纸绝缘变压器绝缘状态越好。     

变压器油纸绝缘频域介电谱特性的仿真与实验研究

变压器油纸绝缘是一种复合电介质,油纸绝缘的老化会引起油纸绝缘体系介电特性的变化。为研究油纸绝缘频域介电谱特性参数与油纸绝缘复合电介质极化过程的关系,以及更好地将频域介电谱技术用于变压器老化状态无损诊断,通过变压器油纸绝缘扩展Debye等效电路模型仿真了绝缘电阻、几何电容以及时间常数分支电路参数的变化对油纸绝缘系统复电容频域介电谱的影响规律,通过频域介电谱实验研究了油纸绝缘系统的复相对介电常数、复电容、介损等参数与油纸绝缘状态和测试温度的关系,并根据电介质极化理论深入分析了油纸绝缘极化参数随频率和温度变化的规律。结果表明,频域介电谱法既可准确评估绝缘纸含水量和油纸绝缘试品老化程度,又能反映油纸绝缘试品的介电性能;用频域介电谱法评估油纸绝缘状态要保证测试温度的同一性。     

基于去极化电流法的变压器油纸绝缘状态

变压器油纸绝缘作为典型的复合电介质在老化过程中,其介电特性将发生显著的变化。本文为了研究油纸绝缘老化的介电响应特征量,设计了一套模拟变压器油纸绝缘老化的实验装置,研究了在加速电老化过程中,不同老化阶段的油纸绝缘的去极化电流,并利用傅立叶红外光谱分析了老化过程中油的化学组分的变化,作为对电老化程度的验证。研究结果表明,去极化电流的Debye等效电路模型能有效分析变压器油纸绝缘的老化状态,分析表明电路模型中最大和最小时间常数所对应的电阻R和电容C可作为老化特征量,其中最大时间常数所对应的Rmax、Cmax反应了绝缘油的老化情况,而最小时间常数对应的Rmin、Cmin反应了绝缘纸的老化情况。     

应用时–温–水分叠加方法改进油纸绝缘热老化寿命模型

为改进现有的油纸绝缘热老化寿命模型,使模型的预测结果更为准确,研究初始水分含量及温度对油纸绝缘试品的加速热老化特性影响。首先,对4种初始水分含量的油纸绝缘试品分别在3个温度下开展加速热老化试验,以绝缘纸聚合度作为表征老化程度的特征参量,引入纤维素累积损失动力学方程研究其在老化过程中的变化规律;其次,在时温叠加方法基础上提出一种时间–温度–水分叠加的新方法,并改进了热老化寿命评估模型。结果表明,与之前的寿命模型相比,改进的模型不但考虑了温度对绝缘纸热老化速率的影响,而且考虑了不同初始水分含量对油纸绝缘热老化的加速作用,有助于对油纸绝缘的热寿命进行更为合理的评估。     

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。     

纳米Al_2O_3掺杂对绝缘纸热老化电气特性的影响

为探究纳米Al_2O_3掺杂对纤维素绝缘纸热老化条件下电气特性的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3掺杂质量分数为2%的复合绝缘纸和普通绝缘纸手抄片,浸油后形成油纸复合绝缘样品,并在130℃老化箱中开展加速热老化试验。试验测试了不同老化阶段纳米复合纸与普通纸的电气参数及油纸老化产物,研究了纳米Al_2O_3掺杂提升绝缘纸电气性能的机理,并分析得到了老化过程对绝缘纸电气性能的影响规律。研究结果表明:掺杂纳米Al_2O_3的复合绝缘纸具有较好的交直流电气特性和抗热老化性能,认为纳米Al_2O_3的"介电双层"结构有效减弱了绝缘纸内界面极化和转向极化,降低了绝缘纸的相对介电常数及介质损耗。纳米Al_2O_3掺杂可以有效降低绝缘纸中载流子迁移率,增大其体积电阻率。Al_2O_3的高热导率及其与纤维素间的连接作用增大了绝缘纸热导率,加速了绝缘纸内热量扩散,提升了绝缘纸抗热老化性能。     

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。     

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。     

温度对变压器用油纸绝缘老化的频域介质响应的试验研究

变压器是电网安全运行中最关键的设备之一,由内绝缘(油纸绝缘)问题引发的变压器故障占变压器事故重要部分。目前用于诊断变压器油纸绝缘状态的方法尚存在各自的不足之处,故研究通过无损的诊断方法获取表征油纸绝缘老化状态的特征量,为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考,无疑具有重要意义。基于频域介质响应的频域谱法是一种诊断电力变压器绝缘老化状态的非破坏性方法,笔者首先通过模拟变压器实际生产流程,制作变压器油纸绝缘试品,并对油纸绝缘试品进行加速热老化试验,得到不同老化程度的油纸绝缘试品。通过频域谱测试并分析了温度对油纸绝缘试品的频域介电特征量变化规律,运用电介质极化理论对测试结果进行了分析,为频域谱技术用于实际变压器油纸绝缘老化状态的无损诊断提供技术积累。结果表明:测量温度对频域谱诊断油纸绝缘老化状态影响显著,采用频温平移因子可以将任意测量温度下的频域谱曲线归算到同一参考温度,解决了测量温度对FDS测试结果的影响。初步研究结果表明,经过频温修正后的FDS能用于不同温度下的变压器油纸绝缘老化的评估。     

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。     

Extraction of Frequency Domain Dielectric Characteristic Parameter of Oil-paper Insulation for Transformer Condition Assessment

In modern power transmission and distribution systems, power transformers are critical components and their electrical properties together with service lives are determined by the insulation property of oil-paper insulation. To better apply the frequency domain spectroscopy technique to assess transformer insulation condition, a series of experiments were performed under controlled laboratory conditions. First, this article presents the frequency domain dielectric response measurement results of oil-paper insulation samples under different moisture contents and aging states, and then the extracted frequency dielectric characteristic parameters determined from the imaginary part of relative permittivity (?_r′′) and dielectric dissipation factor (tanδ) curves are used to assess the moisture contents and aging states of oil-paper insulation. Finally, the quantitative relationships among dielectric characteristic parameters, moisture content, and degree of polymerization are also established. Results show that in the frequency range of 10^–3–10² Hz, ?_r′′ and tanδ obviously increase as the moisture content of oil-paper insulation rises, while ?_r′′ and tanδ are very sensitive to aging only in 10^–3–10^–1 Hz. Consequently, ?_r′′ and tanδ in different frequency ranges can be used to distinguish the influences of moisture content and aging state on frequency domain spectroscopy measurement results.     

电力变压器用绝缘纸热老化微观机理的X射线衍射分析

温度是油纸绝缘老化的主要因素。笔者设计了油浸式电力变压器常用的普通牛皮纸和环烷基矿物油复合绝缘在90℃下长达370 d的热单因子老化试验。利用XRD(X射线衍射)定期测量不同老化状态的绝缘样品,对比分析了绝缘纸的聚态结构的变化情况,并深入讨论绝缘纸聚合度下降的动力学过程。研究结果表明:绝缘纸在老化过程中,纤维素氢键和糖苷键发生断裂,引起聚合度下降,结晶区遭受破坏,晶粒尺寸减小,导致纤维素分子间作用力减弱,热裂解活化能降低;老化过程中,绝缘纸纤维素晶体类型不变,聚合度的下降规律符合二阶动力学模型,相对结晶度的变化规律能很好地解释聚合度的变化规律。     

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。