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。     

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。     

多重硫腐蚀对变压器油纸绝缘热老化特性的影响

为研究多重硫腐蚀对油纸绝缘系统热老化特性的影响,利用添加不同浓度二苄基二硫醚（简称为DBDS）、二苄基硫醚（简称为DBS）及十二硫醇（简称为DDM）的变压器新油、普通绝缘纸和铜片组成试品,在140℃温度下进行了加速热老化实验,定期取样测试了相应特征参量。研究结果表明：腐蚀性硫不仅会腐蚀铜片,而且会对油纸绝缘系统的热老化产生一定的促进作用,其中多重硫腐蚀的促进作用不等于单一硫腐蚀促进作用的线性叠加;不同硫化物的组合中,DBDS与DBS的组合对油纸绝缘热老化的促进作用最强,会导致油中糠醛、水分、酸值等老化特征参量发生明显变化;硫醇的存在会导致油中糠醛的消耗,对油中糠醛质量浓度的增长起到明显的抑制作用。综上所述,相比单一腐蚀性硫,多重硫腐蚀对变压器油纸绝缘热老化特性的影响机理更为复杂;使用油中糠醛质量浓度来评估老化状态的经验数据,在硫醇存在的绝缘油中并不适用。     

复合添加不同类型抗氧化剂对变压器油纸热老化性能的影响

随着超高压变压器负荷容量不断升级,如何提高变压器油在高温运行下的氧化安定性一直受到业内关注。为研究高温下不同类型抗氧化剂对变压器油纸理化性能的影响,向环烷基基础油、普通牛皮纸组成的绝缘体系中分别添加酚型抗氧剂T501、胺型抗氧剂T531、T501+T531混合物,在130 ℃下进行热老化实验,定期测定油样酸值、介质损耗因数、羰基指数和糠醛含量,同时检测绝缘纸聚合度并进行能量色散X射线谱（EDS）分析。结果表明:130 ℃下,抗氧化剂T501在变压器油老化前期抗氧化效果较好,随着老化时间的延长,氧化产物分解会加速油纸劣化;复合添加抗氧化剂T501与T531,油纸各项性能指标比较稳定,变压器油耐热稳定性增强。该结论可以为变压器油用耐高温型抗氧化剂的选择提供参考。     

水分和氧气对油纸绝缘老化的影响

为探究水分和氧气对油纸绝缘老化过程的影响机理,通过设计不同水分和氧气含量的矿物油纸绝缘在不同温度下的加速热老化试验,测量其绝缘纸聚合度和油中糠醛浓度,并验证了水分、氧气影响因素条件下聚合度变化对二阶动力学模型参数的影响。结果表明:水分和氧气对油纸绝缘加速老化作用明显;水分含量较低时,水分和氧气有相互抑制作用,油中氧气会阻止水分和纤维素相互作用,并且随着氧气含量的增加其作用越来越明显,从而降低绝缘纸的老化速率;水分和氧气含量及绝缘纸类型会影响老化过程中糠醛的变化趋势。     

变压器油中糠醛质量浓度检测与分析

大型变压器广泛采用绝缘纸与绝缘油的组合绝缘方式,而绝缘纸在劣化过程中会产生糠醛并溶解于油中,所以通过检测变压器油中糠醛质量浓度,可以简单、快速地判断变压器绝缘材料老化程度。通过对在运变压器的油中糠醛数据分析得出变压器油中糠醛质量浓度与投运时间的关系。统计分析变压器油中的糠醛质量浓度数据,得出变压器油中糠醛质量浓度与投运时间之间有良好的相关关系,变压器不同油纸比例对油中糠醛质量浓度有影响。提出应用油中糠醛质量浓度诊断电力变压器绝缘老化时,要考虑不同油纸比例对油中糠醛质量浓度的影响。分析糠醛质量浓度低于标准中注意值的变压器,提出与当年变压器油中平均糠醛质量浓度进行比对,对质量浓度高的变压器进行跟踪监视。     

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。     

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。     

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。     

糠醛在油纸绝缘系统中的动态扩散过程

油中糠醛评估绝缘纸老化受温度及换油的影响,建立可靠的糠醛温度归一化和换油修正方法的前提是分析糠醛在绝缘油中的动态扩散过程。以实验室加速热老化为基础,研究了四种不同温度、四种不同老化程度油纸绝缘样品中糠醛的扩散过程;以菲克第二定律为理论依据,研究了不同温度、不同老化程度下糠醛在绝缘油中的扩散系数,建立糠醛动态扩散模型,并使用试验数据对其进行了验证。研究结果表明,糠醛在绝缘油中的扩散受温度和老化程度的影响:温度越高,老化程度越深,则糠醛在绝缘油中的扩散速度越快,越容易达到扩散平衡。提出现场变压器糠醛扩散平衡时间的计算方法,在达到扩散平衡后进行油中糠醛检测才能获得可靠数据。     

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。     

换油对变压器油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响及修正

为研究现场变压器换油后油中糠醛的变化规律及换油对使用油中糠醛评估绝缘纸老化的影响,在实验室对油纸绝缘样品进行130℃加速热老化,在老化的前、中、后期分别换油,对比换油前、后油中糠醛的含量。结果表明,换油后,油中糠醛大量损失;换油前、后油中糠醛含量的差值随老化时间的加长而逐渐减小;不考虑换油,直接使用油中糠醛评估绝缘纸老化会使评估结果偏高,误差在换油后初期尤其显著。定义在相同的老化时间换油后与换油前油中糠醛的比例为修正函数,研究了修正函数的变化规律,并用其对换油后油中糠醛进行修正。结果表明,使用修正函数可以有效改善换油后绝缘纸老化程度的评估效果。研究了修正函数向现场运行温度推广的方法,以利于现场变压器换油后的糠醛修正。     

变压器油中酸与抗氧化剂协同作用对油硫腐蚀的影响

为了研究变压器油中酸与抗氧化剂2,6-di-tert-butyl-p-cresol(DBPC)协同作用下对油硫腐蚀的影响,在含有腐蚀性硫化物DBDS的变压器油中加入抗氧化剂DBPC与两种不同类型的酸,并在氮气环境下对油纸绝缘进行加速热老化。老化后对铜绕组进行展开并观察铜条与绝缘纸表面的腐蚀沉积;采用气质联动仪(GC-MS)对油中剩余DBDS含量进行测量;利用Arrhenius方程计算酸作用下的腐蚀性硫化物腐蚀铜绕组的活化能。结果表明:酸能加剧铜表面的油硫腐蚀程度;抗氧化剂DBPC在一定程度上能减缓铜表面的腐蚀,氮气环境下绝缘纸表面几乎不存在沉积物。采用Arrhenius方程计算得到油硫腐蚀铜绕组所需的活化能为88.37 k J/mol,酸作用下油硫腐蚀铜绕组所需的活化能相比下降了30.64%。酸的存在使得腐蚀性硫化物腐蚀铜的化学反应更易进行。     

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。     

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。     

换油条件下变压器油纸绝缘老化寿命评估研究

绝缘油作为变压器油纸绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对油纸绝缘有重要影响,变压器通过定期换油清除油中杂质以提高其绝缘性能。为探索换油周期对变压器热老化寿命变化规律的影响,对不同换油周期的变压器油纸绝缘XY模型进行130℃下加速热老化试验,并在第15 d、30 d、45 d、60 d时进行换油前后模型变温介电谱测试、绝缘纸板聚合度测试、绝缘油酸值测试等试验。通过对换油后0.01～100Hz频率段变温介质损耗曲线的绝缘油活化能与绝缘纸板活化能关系进行分析,提出了一种基于换油后中频段介电谱绝缘纸板活化能计算方法。通过上述计算方法构建老化平移因子,然后结合老化平移因子与二阶动力学模型构建不同换油周期、不同温度下的油纸绝缘结构寿命预测关系式。结果表明:随着换油周期的缩短,油纸绝缘寿命逐渐增加;根据提出的方法得到的油纸绝缘寿命预测结果与实际情况相符,验证了方法的有效性。     

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。     

水分和酸对油纸绝缘老化的协同加速作用研究

为研究水分和酸对油纸绝缘老化的协同加速作用,将不同初始含水量的绝缘纸和不同初始含酸量的绝缘油组成的油纸绝缘在110℃下进行加速热老化试验,并对其老化后绝缘纸的聚合度进行测试分析。结果表明:随着水分和酸初始含量的增加,油纸绝缘的初始降解速率和老化各阶段的平均降解速率均增加。单独增加油纸复合绝缘中的水分或酸含量时,绝缘纸在各个老化时间段的平均降解速率增加不明显。当油纸复合绝缘中的水分和酸的含量同时增加时,则绝缘纸在各个老化时间段的平均降解速率增加显著。酸添加量相同时,分子量越小的酸对绝缘纸的加速老化作用越明显。     

基于混合电场线性叠加原理的换流变压器内部电场分布规律研究

换流变压器是特高压直流输电系统中的关键设备,其阀侧承受着交直流复合电压。研究热老化对交直流电压在油纸绝缘内分布的影响,可为换流变压器油纸选型提供理论借鉴。选取了换流变压器常用的绝缘油和绝缘纸作为研究对象,并对2种不同油纸组合展开加速热老化试验,测量并分析试验过程中绝缘油和绝缘纸的介电常数和电阻率的变化规律,在此基础上通过油-绝缘纸-油有限元电场仿真模型分析,基于线性叠加原则,得到了交直流电压在热老化过程中的分布变化情况,表明热老化主要影响油纸中直流分量的分布,将显著提高油中的电场强度。     

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。