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。     

纳米Al_2O_3掺杂对油纸绝缘热老化特性的影响

油纸绝缘的热老化特性是影响变压器寿命的重要因素。为获得具有优良抗热老化性能的油纸绝缘,在绝缘纸抄造的过程中掺杂纳米Al_2O_3,通过测试复合绝缘纸的电气强度确定最佳掺杂质量分数为2%。将复合绝缘纸、普通绝缘纸分别进行浸油处理,并在130℃下进行31 d的加速热老化试验,测量分析绝缘纸的工频击穿强度、介电常数、介质损耗、聚合度、抗张强度与绝缘油中糠醛含量、油的颜色、酸值、水分、粘度和油中溶解气体等参数随老化时间的变化规律。结果表明:与普通油纸绝缘相比,热老化过程中复合绝缘纸的电气性能始终优于普通绝缘纸,聚合度和抗张强度下降速度减缓,浸渍复合绝缘纸的绝缘油颜色较浅、粘度变化小,油浸复合绝缘纸的老化产物生成量少。最后提出在热老化过程中纳米Al_2O_3表面羟基能有效吸附水分、中和小分子酸,从而抑制了H+在热老化反应中的催化作用,有效延缓了油纸绝缘的热老化。     

绝缘纸板表面微纳结构Al_2O_3功能膜的构筑及其抑制空间电荷注入的机制

空间电荷是影响和制约换流变油纸绝缘材料绝缘强度的关键因素。与体掺杂不同属性纳米颗粒实现抑制空间电荷的传统方法相比,需要探索新思路、新方法实现油浸绝缘介质的空间电荷注入。以射频反应磁控溅射为技术手段,在绝缘纸板表面成功制备了微纳结构Al_2O_3功能膜;通过电声脉冲空间电荷测量法,以及预压及无预压情况下的直流击穿测试获得构筑微纳结构Al_2O_3功能膜油浸绝缘纸板的空间电荷和直流击穿特性。研究表明,绝缘纸板表面构筑的微纳结构Al_2O_3功能膜提升了油浸绝缘纸板体积电阻率,有效抑制油浸绝缘纸板空间电荷的注入,并显著减弱由空间电荷积聚引起的油浸纸板内部电场畸变程度,表面构筑微纳结构Al_2O_3功能膜油浸纸板的预压直流击穿电压值得到了较高提升。微纳结构Al_2O_3功能膜除了具备纳米粒子相关效应外,还提升了电荷注入势垒。     

纳米氧化铝改性绝缘纸板的介电特性分析

为研究陷阱参数对纳米氧化铝(Al_2O_3)改性绝缘纸板介电特性的影响,该文利用实验室小型造纸设备制备出纳米Al_2O_3改性纸板,研究了其介电特性随纳米掺杂比例的变化规律。借助热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法测量了不同纳米掺杂比例下改性纸板的陷阱参数;通过建立纤维素中纳米颗粒的多核模型,分析了陷阱参数对改性纸板介电特性的影响机理。试验结果表明:改性纸板的电导率、相对介电常数及介质损耗因数随纳米掺杂比例的上升先减小后增大,而直流击穿场强则先增大后减小,并在掺杂比例为2.5%时出现最大值;同时,其电导率在高掺杂比例下随电场强度的增加表现出明显的非线性特性;借助能带理论分析得出,改性纸板体系中陷阱深度与陷阱密度随纳米掺杂比例的上升呈先增大后减小的趋势,与热刺激电流测试结果相符,且随陷阱深度和密度的增加,改性纸板击穿场强上升、电导率下降。以上结果表明,陷阱参数是影响改性纸板介电特性变化的主要原因。     

基于Nomex混合绝缘系统的长寿命油浸式变压器

为提高油浸式变压器的使用寿命,在分析油浸式变压器寿命主要决定因素及绕组温度分布的基础上,综合考虑性价比,提出采用纤维素绝缘纸和Nomex绝缘纸混合绝缘系统的方法。首先,基于绝缘老化率理论计算及绕组温度场软件计算,得到了2种绝缘纸的温度分界值及最佳使用比例。其次,为验证混合绝缘系统可行性,对其进行了热老化试验,绝缘纸表面扫描电镜表明:老化后纤维素绝缘纸纤维断裂、细胞壁逐渐破裂,机械性能下降,而Nomex绝缘纸纤维没有断裂现象,机械性能保持良好。最后,制造了混合绝缘系统长寿命油浸式变压器样机,样机温升试验光纤测温结果表明2种绝缘纸分界位置温度低于预设的温度分界值。理论分析及试验结果表明采用Nomex绝缘纸的混合绝缘系统可将油浸式变压器寿命提高约50%。     

纳米碳化硅改性纸板的介电特性与电场均化分析

针对换流变压器绝缘结构中直流电场分布不均的问题,通过纳米掺杂手段制备出碳化硅( SiC)改性绝缘纸板,研究了不同纳米掺杂比例对改性绝缘纸板介电参数的影响,以及改性绝缘纸板介电参数随电场强度的变化规律,并通过仿真手段验证了改性绝缘纸板对油纸绝缘电场分布的均化作用。试验结果表明：纳米掺杂可改变绝缘纸板的电导率,但对其相对介电常数影响不大,随纳米碳化硅掺杂比例的提高,改性绝缘纸板的电导率呈指数增加;在较低纳米掺杂比例下,电场强度对改性纸板电导率的影响较小,而随着纳米掺杂比例的提高,其电导率随电场强度的增大呈指数增加,表现出明显的非线性特性。仿真结果表明：利用改性纸板的非线性变化特性,可很好地均化直流电压作用下油纸绝缘的电场分布。     

国内文摘与专利

<正>纳米Al_2O_3对变压器绝缘纸纤维素热稳定性的影响及其机理分析/张松;唐超;CHEN G;等/中国科学:技术科学,2015(11)为提升电力变压器绝缘纸的热稳定性,使用纳米Al_2O_3对绝缘纸进行改性,通过分子模拟和试验的方法研究了纳米Al_2O_3对绝缘纸纤维素热稳定性的提升效果,并分析了纳米Al_2O_3对绝缘纸纤维素的改性机理。首先,对纳米Al_2O_3与纤     

硫腐蚀对绕组绝缘电寿命的影响及导致绝缘失效的故障机制研究

硫腐蚀沉积已被证实会导致油浸式电力设备绝缘性能下降,进而引发绝缘故障。为探究硫腐蚀对设备绝缘击穿特性的影响,并进一步分析其导致绝缘失效的故障机制,在实验室制备了3种不同硫腐蚀程度的绝缘绕组样品,利用多样品绝缘材料的电老化试验平台,对3种不同硫腐蚀程度的绝缘绕组,分别开展了其短期击穿试验与4个不同电压下的加速电老化试验,并以绝缘击穿失效作为电寿命终点,以反幂函数作为电寿命模型,分别计算对比了其寿命指数。结果表明:硫腐蚀污染对多层绝缘纸包覆的绝缘绕组短期击穿强度影响不大,但会降低绕组的长期电寿命;相比于无腐蚀绕组样品,严重硫腐蚀绕组样品的电寿命指数下降了约19.38%,硫腐蚀产物在绕组上的沉积会明显导致绕组的长期电寿命下降。进一步结合不同硫腐蚀程度绕组样品的绝缘纸层的理化/电气特性参数变化测试结果,探讨了硫腐蚀沉积导致绕组绝缘失效的故障机制。     

纳米SiO_2复合改性绝缘纸的制备

通过在聚酰胺酸预聚体溶液中加入改性后的纳米Si O_2颗粒,浸渍绝缘纸,升温固化制得纳米Si O_2复合改性绝缘纸。对氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)改性前后纳米Si O_2复合绝缘纸表面进行SEM、FTIR对比分析,探索APTES改性对Si O_2分散性的影响机理;通过对其力学性能和电气强度的测试分析,研究纳米Si O_2的最佳掺杂比例及复合绝缘纸的固化工艺。结果表明:氨丙基三乙氧基硅烷有助于提高纳米Si O_2粒子在基体中的分散性,当纳米Si O_2含量为3%、PAA固含量为20%、固化温度为180℃时,纳米Si O_2复合绝缘纸的综合性能最佳,复合改性后的绝缘纸抗张强度、电气强度显著提高。     

水分对变压器油和绝缘纸频域介电谱特性的影响

频域介电谱法作为一种无损的电气诊断技术,非常适用于变压器油纸绝缘状态的现场诊断。考虑到水分对变压器油纸绝缘系统的巨大危害,运用Concept80宽频介电谱测试系统,研究了水分对矿物绝缘油和不同种类油浸绝缘纸介电特性的影响规律,并对比了相同水分质量分数油浸普通绝缘纸、绝缘纸板和热稳定纸的介电性能。研究表明:矿物油-纸绝缘试品的介电性能受水分的影响极大;矿物油的直流电导率随着水分质量分数的增加呈指数规律增大,在10-3～10-1Hz范围内,油浸绝缘纸的复相对介电常数实部随其水分质量分数增加呈线性规律增大。因此,可利用油品介质损耗因数(直流电导率)和油浸绝缘纸复相对介电常数实部对变压器油、油浸绝缘纸的水分质量分数分别进行诊断。     

纳米Al_2O_3含量对环氧多胶粉云母带性能的影响

采用纳米Al_2O_3对环氧多胶粉云母带进行纳米改性研究,探讨了纳米Al_2O_3含量对云母带常规性能、电寿命和导热系数的影响。结果表明:纳米Al_2O_3在粘合剂中的含量不超过13.5%时,云母带的常规性能可以满足现行国家标准和应用工艺的要求;随纳米Al_2O_3含量增大,纳米复合主绝缘材料的冲击强度有所下降,但155℃下的弯曲强度则呈增大趋势;纳米Al_2O_3含量约为5%时,主绝缘材料的电气强度最高,相比无纳米改性的复合材料提高了15%;纳米Al_2O_3含量约为13.5%时,主绝缘材料的电寿命最长,约为无纳米Al_2O_3复合材料的28倍,此时在105℃下的导热系数为0.34 W/(m·K)。     

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。     

热老化条件下LDPE/TiO2纳米复合材料介电特性研究

电力电缆在运行过程中普遍存在的热老化现象容易加速绝缘失效,限制设备使用寿命,甚至引发电力系统故障。纳米粒子掺杂改性可以提高聚乙烯基体材料的热稳定性,开展相关研究可以为提高电缆绝缘寿命提供解决方案。以低密度聚乙烯(LDPE)/二氧化钛(Ti O_2)纳米复合材料为研究对象,分别研究了热老化条件下纳米粒子质量分数、老化时间、老化温度对材料介电特性的影响。实验结果表明,掺杂Ti O_2纳米粒子能够改善LDPE基体材料的介电特性,当Ti O_2纳米粒子填充质量分数为0.5%时,纳米复合材料介电特性最佳。老化时间和老化温度是影响材料介电特性劣化的两个重要因素,随着老化时间推移和老化温度提高,纳米复合材料的介电性能劣化现象越明显。对聚乙烯材料进行纳米改性的同时降低电缆运行环境温度,对提高电缆绝缘寿命具有重要意义。     

纳米TiO_2改性绝缘纸的绝缘性能

为了研究纳米TiO2改性绝缘纸的绝缘性能,试验室制备了含不同质量分数纳米TiO2的绝缘纸手抄片,并对真空浸油后的绝缘纸性能进行了测试。结果表明在一定的纳米TiO2质量百分比内,改性后的绝缘纸的工频击穿场强得到较大的提高,如在质量分数为3%时,工频击穿场强提高了20.83%。在3%的添加量内绝缘纸的介电常数、介电损耗、电导率都随纳米TiO2含量的增加而减小。对纳米TiO2引起的绝缘纸工频击穿特性和介电性能的相关变化进行了讨论和分析,结果表明加入的纳米TiO2能够与纤维素与绝缘油之间形成较强的相互作用,它们的接触界面可能成为了能够捕获电子的陷阱,这些陷阱能有效地减小电子的平均自由程,遏制自由电子的能量积聚、减小了有效电子的产生几率、提高了油浸绝缘纸的工频击穿场强;纳米TiO2对纤维表面极性基团的束缚作用使绝缘纸的介电性能发生改变。     

高绝缘室温硫化导热硅橡胶的制备及性能

以端羟基聚二甲基硅氧烷为基体硅油,Al_2O_3为基础导热填料,以二氧化硅(SiO_2)部分代替Al_2O_3,制得高绝缘室温硫化导热硅橡胶,再用纳米Al_2O_3对高绝缘室温硫化导热硅橡胶进行改性,并对其绝缘性能、导热性能、力学性能等进行测试分析。结果表明:当SiO_2、Al_2O_3的配比为60∶40、总填充量为65%时,硅橡胶的电气强度可达27.1 k V/mm。当纳米Al_2O_3填充量占粉体总量的1.5%时,硅橡胶的电气强度达到28.0 k V/mm,渗油率为0.9%,综合性能良好。     

水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响

为研究水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响,分别制备了含水量为0.3%~7.0%的植物绝缘油浸纸板试样和矿物绝缘油浸纸板试样,对比分析了两种油浸纸板在不同含水量下的击穿特性。从电导率、介质损耗因数以及电场分布3个方面分析得出水分对植物绝缘油浸纸板击穿特性的影响规律。结果表明:当植物绝缘油浸纸板含水量高于4.0%时,其电导率和介质损耗因数急剧增加,电气强度迅速下降;电气强度与电导率和介质损耗因数呈负相关,并且水分对其击穿特性的影响存在阈值效应。     

固体绝缘材料热老化电气特性的研究

油浸式变压器所用固体绝缘材料的介电常数大小和耐高温性能是影响变压器容量和尺寸大小的重要因素。本文选择了聚酯薄膜、聚碳酸酯、聚苯硫醚三种耐高温聚合物材料为试验对象,在130℃条件下进行了最长1 200 h的热老化试验,测试了各试样老化前及老化各阶段的介电谱(相对介电常数、介质损耗因数随温度变化特性)和击穿强度。测试结果表明,三种聚合物材料老化前后的相对介电常数值均比油浸变压器目前常用的绝缘纸板的小(更加接近变压器油),相应的介质损耗因数也远远低于绝缘纸板;聚苯硫醚和聚酯薄膜的相对介电常数和介质损耗在90℃附近明显增大,但聚碳酸酯的相对介电常数和介质损耗基本不变;在油中热老化后,三种聚合物材料的介电常数和介质损耗随温度变化的趋势与未老化的相似;在老化各阶段,聚酯薄膜、聚碳酸酯和聚苯硫醚材料的工频击穿强度基本与热老化时间无关。综合聚酯薄膜、聚苯硫醚和聚碳酸酯三种聚合物材料热老化前后的介电特性变化情况,对比常用的绝缘纸板的特性,考虑到相对较低的介电常数与介质损耗因数和较高的击穿场强,聚碳酸酯是一种相对理想的有可能用来替换常用绝缘纸板的替换材料。     

通过热刺激电流探讨油浸聚丙烯薄膜绝缘的界面性能

1、前言近年来,电力电容器不断发展,首先用油浸纸与塑料薄膜的复合绝缘,而后又进一步用油浸全塑料薄膜的复合绝缘来代替以往的油浸纸绝缘油浸纸与塑料薄膜的复合绝缘兼有塑料薄膜的介质损耗低与绝缘纸的介电系数高并易于浸油等优点。与此同时,超高压OF式电缆也正在积极试验将以往的油浸电缆纸绝缘,     

基于低频频温平移的变压器油纸绝缘换油老化寿命预测

油纸绝缘作为变压器内绝缘的主要组成部分,其绝缘状态对变压器的运行寿命起决定作用,现场变压器通过滤油环节过滤出油中的水分、小分子酸、糠醛等杂质,使其绝缘性能提高.为了研究换油周期和温度对油纸绝缘寿命的影响,首先对3组初始条件相同的油纸绝缘XY模型分别进行5天换油、15天换油、30天换油不同换油周期的130°C加速热老化试验,并间隔15天进行模型变温介电谱测试及绝缘纸板聚合度、含水率测试;其次研究发现,绝缘纸板的老化会影响油纸绝缘模型低频段的介质损耗因数,其数值与纤维素活化能有关,提出一种基于变压器结构模型的低频频温平移归算方法,由此构建低频平移因子表达式,得到了变压器油纸绝缘温度-换油周期-寿命关系式,可用于预测不同温度、不同换油周期下变压器油纸绝缘寿命.     

方波脉冲下纳米氧化铝掺杂对聚酰亚胺表面放电特性影响

聚酰亚胺薄膜(polyimide,PI)以其卓越的介电性能广泛应用于变频电机匝间绝缘,纳米掺杂能改善PI膜的绝缘性能。为研究方波条件下纳米Al_2O_3对PI膜表面放电特性的影响,文中将粒径为60nm的Al_2O_3纳米粒子作为无机填料添加到PI基体中,制作了掺杂量为1%,2%,5%,7%,10%的PI薄膜。测量了PI/Al_2O_3薄膜耐电晕性能和局部放电次数随温度的变化,用扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)观察了放电前后PI/Al_2O_3薄膜微观形貌。利用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)测试了复合薄膜老化前后的化学键情况。研究结果表明:纳米Al_2O_3在PI基体中弥散分布,PI/Al_2O_3复合薄膜的红外吸收峰与纯PI膜基本一致,但吸收峰深度有所加强。老化4h后PI/Al_2O_3分子链上的C-O-C(醚键)以及C-N-C(酰亚胺环)消失,其余化学键吸收峰有所减弱;Al_2O_3纳米粒子的掺入提高了复合薄膜的耐电晕性能并减少了局部放电次数。并且温度的上升会导致局部放电次数减少。表面放电导致的化学键断裂是复合薄膜降解的主要原因,纳米粒子所引入的两相界面以及其优良的导热性能提高了复合薄膜的绝缘性能。