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。     

水分对换流变压器油纸绝缘电气强度与机械强度的影响

为分析换流变压器内部油纸绝缘含水量的变化规律,搭建了油纸绝缘电气强度与力学性能测试平台,研究了不同水分含量下油纸绝缘材料的电气性能与力学性能的变化情况,分析了不同水分含量与电压类型作用下油纸绝缘击穿特性的变化规律,并通过分子模拟仿真的方式分析了水分增加引起油纸绝缘内部氢键的变化差异,得到了水分导致油纸绝缘力学性能变化的机理。结果表明:随着油纸绝缘中水分含量的增加,直流电压下的击穿电压降幅更加明显,同时也会导致机械强度的降低。     

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。     

采用改进Davidson-Cole介电模型的变压器油纸绝缘状态分析

为利用频域介电谱准确分析变压器油纸绝缘状态,引入考虑直流电导率与跳跃电导率的改进DavidsonCole介电模型。运用测量的频域介电谱数据参数化改进Davidson-Cole介电模型,将其转化为非线性优化问题。选用混合蛙跳优化算法对改进Davidson-Cole介电模型参数进行辨识,得到了弛豫时间τ、圆弧不对称度β和直流电导率σ_(dc)等特征参数。研究了老化与受潮对油纸绝缘试样的改进Davidson-Cole模型参数的影响特性,结果表明β与糠醛含量、σ_(dc)与水分含量有着良好的指数关系;τ与糠醛含量、水分含量有着良好的对数关系。通过线性拟合获得了糠醛含量、水分含量与模型参数的量化关系式,其拟合优度较高,因此可利用改进Davidson-Cole模型定量评估变压器油纸绝缘状态。     

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。     

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。     

升温过程中水分子在油纸界面处的迁移和聚集行为的分子模拟

水分在油纸绝缘中的分布及扩散一直为大家所关注,但受取样及测量等技术手段的限制,水分在油纸界面位置的迁移和聚集行为缺乏深入的研究。为此从分子层面对升温过程中水分子在矿物油与纤维素界面的迁移和聚集行为进行了研究。建立了105原子量级的矿物油与纤维素复合介质模型,对其从20℃快速升温到80℃的过程进行了模拟,分析了水分子的聚集程度、运动轨迹、扩散系数以及水分子间氢键的数量。研究结果表明,升温过程中,纤维素中的水分子会向矿物油中迁移。当纤维素中水分质量分数5%时,快速升温会导致水分子在油纸界面通过分子间氢键作用聚集成水分子簇,形成局部液态水;当水分质量分数7%时,则会形成较大的液态水分区,严重危害变压器安全。     

变压器油中水分对糠醛扩散及分布影响的分子动力学研究

糠醛是电力变压器绝缘纸的老化产物,通过监测油中糠醛质量浓度可以直接评估绝缘纸的老化程度,但关于糠醛的生成机制及在油纸复合绝缘系统的分布规律至今没有形成统一的认识。在众多的因素中,水分被认为在影响糠醛的生成速率及其在油纸复合绝缘系统分布的过程中具有重要作用,但其作用机制却不够明晰。为此,利用分子模拟手段分别构建出糠醛分子...     

酸在变压器油纸绝缘中的扩散和溶解特性研究

为了研究酸在油纸绝缘中的扩散和溶解特性,在变压器油中分别加入乙酸和硬脂酸,至油中酸值均达到0.4 mgKOH/g,分别在80℃和110℃,绝缘纸中初始水分含量为0.5%和3.2%的条件下,测试了酸在油纸间达到平衡所需的时间及变压器油中的酸值,运用分子模拟技术分析了酸在油纸绝缘中的分布机理。结果表明：乙酸扩散速度快,易被绝缘纸吸收,硬脂酸扩散速度慢,易被变压器油吸收;温度对酸在油纸绝缘中的分布影响很小;乙酸会影响水分在油纸之间的分布,而硬脂酸基本没有影响。     

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。     

应用极化/去极化电流法评估变压器油纸绝缘水分含量

时域介质响应法作为评估变压器绝缘状态的新方法,目前尚无公认的时域特征量能很好地表征油纸绝缘的极化特性。基于极化/去极化电流法提出了新的时域介质响应法的特征量--极化电导率,建立了时域电导模型。搭建了油纸绝缘极化电导率的实验平台,测试了不同温度和水分条件下油纸绝缘的极化电导率并应用最小二乘法对时域电导模型参数进行了拟合。实验结果表明:极化电导率随温度和水分的增加而增大,时域电导模型能较好地反映油纸绝缘在不同温度和水分条件下的极化特性。根据时域电导模型参数直流电导率提出了评估油纸绝缘水分含量的方法并进行了验证,为诊断变压器油纸绝缘水分含量提供了有益参考。     

变压器油纸绝缘系统低频介电参数方程

油纸绝缘系统频域介电谱的低频部分更有利于诊断、评估绝缘系统的老化状态与水分含量,为了将频域介电响应法更好地应用到工程中,针对变压器油纸绝缘系统低频激励下的介电响应进行了研究。首先分析了绝缘电介质(油隙、油浸纸)在低频激励下的电极极化过程,进而提出以电导率、离子迁移率等为参量的绝缘电介质的介电参数方程;然后基于变压器油纸绝缘系统的XY几何等效模型,构建变压器油纸绝缘系统低频介电参数方程;最后通过试验对所构建的介电参数方程进行验证。研究结果表明:油纸绝缘系统介电参数计算值与试验值相符合,建立的介电参数方程能够有效地表征变压器油纸绝缘系统频域介电响应低频部分的介电参数。     

聚合度对油纸绝缘时域介电特性影响研究

为了研究绝缘纸聚合度(简称DP)对油纸绝缘时域介电特性的影响,搭建了油纸绝缘极化电流特性测试平台,应用该平台测试了不同初始酸值、初始水分分别和不同聚合度绝缘纸组成试样的极化去极化电流,并画出相应的时域介电谱,最后拟合得到不同初始水分、酸值情况下峰值时间常数与DP变化的公式。结果表明:绝缘纸DP作为单一变量变化时并不会对油纸绝缘时域介电特性产生影响,此时并不能用DP作为油纸绝缘的老化特征量;只有在水分和小分子酸等极性分子存在并扩散到绝缘纸内部形成界面极化时,不同DP对油纸绝缘时域介电特性影响差异才能体现出来;水分或酸值含量升高,时域介电谱整体向左上方平移,峰值变大,峰值时间常数减小,峰值时间常数与DP之间的拟合优度提高。通过基于绝缘纸DP的老化动力学模型来评估变压器剩余寿命时,要参考油纸绝缘中水分、酸等极性分子的含量。     

换流变压器油纸绝缘水分对局部放电行为的影响综述

换流变压器是高压直流输电系统中的核心设备,起到连接交直流系统的关键作用。油纸绝缘作为换流变压器的主绝缘,其绝缘性能的优劣对整个输电系统具有重要意义。水分会由于绝缘老化和外部水分侵入等原因不可避免地存在于油纸绝缘系统中,不仅使绝缘本身的绝缘强度显著降低,还会吸附在绝缘纸表面,增加界面缺陷数量,畸变局部电场,严重时引发局部放电甚至绝缘失效,对油纸绝缘系统的可靠性和换流变压器的安全稳定运行都构成了极大的威胁。为此综合国内外研究现状,分析了换流变压器中的水分来源、存在状态和分布特点,探讨了油纸绝缘中水分平衡与迁移的内在机制和动态规律,总结了水分对油纸绝缘运行工况下电荷和局部放电特性的影响规律和作用机制,特别论述了油纸绝缘交界面处水分动态行为,指出运行工况下水分迁移的暂态过程对油纸绝缘界面电荷和局部放电的影响不容忽视。     

含微水油浸绝缘纸板太赫兹频段极化特性与微水含量快速检测方法研究

变压器油纸的含水量检测是研究变压器绝缘状态的重要手段,为研究油浸绝缘纸板在太赫兹频段下的极化行为,及实现油纸含水量的快速无损检测,该文利用太赫兹时域光谱技术对含水量不同的变压器油浸纸板进行测试,研究油纸中的水分对太赫兹入射波的吸收作用;再根据相关的光学理论及广义麦克斯韦关系计算样品在太赫兹频段下的复介电常数、介质损耗角等参数,结合Debye弛豫模型进一步分析油纸中水分子的极化特征;最后基于极性液体的弛豫谐振极化理论,对含微水油纸的太赫兹测试结果进行拟合研究。结果表明:油纸中的水分子会在太赫兹频段下发生弛豫极化和谐振极化,刚度较高的纤维素-水氢键引起的谐振极化强度较水-水氢键弱,通过谐振项幅值(AOSC)不仅可以定量评估油纸中微水含量,还可以表征其极化行为及水分状态。     

基于极化/去极化电流法的变压器油纸绝缘影响因素研究

极化/去极化电流法作为一种新的反映变压器油纸绝缘状态的新方法,但环境因素尤其是温度和水分对油纸绝缘极化/去极化电流曲线有严重影响.为表征温度和水分对油纸绝缘极化/去极化电流特性变化规律,对极化/去极化电流法进行了建模,搭建了实验室测试平台,测试了油纸绝缘系统在不同温度和水分含量条件下的极化/去极化电流特性.结果表明：极化/去极化电流随温度升高、水分增加而增大,参数σ和a与温度和水分密切相关,可以作为评估油纸绝缘的绝缘状态的特征量.     

含水率对复合电场下油纸绝缘电场分布的影响

为研究含水率对换流变压器油纸绝缘电场分布的影响,以典型油纸绝缘结构为研究对象,首先根据典型油纸绝缘结构建立了其等效物理模型和电路模型,并得到了复合电场下电场分布的数学表达式。结合不同温度及含水率下变压器油和浸油纸板绝缘电阻率及相对介电常数的测量结果,通过仿真分析得出了复合电压作用下油纸绝缘中电场分布与含水率及交流含量的关系。研究结果表明,水分对复合电压作用下油纸绝缘的电场分布有着显著的影响,当水分达到平衡状态时随含水率的增加油中场强增强、浸油纸板中场强减弱;随着绝缘体系整体含水率的上升,油纸绝缘电场分布的变化呈加速趋势;水分对油纸绝缘电阻率的影响远高于其对相对介电常数的影响,从而导致水分对高直流分量复合电压下的油纸绝缘电场分布产生较大影响。     

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。     

油纸绝缘体系微水扩散的分子模拟

油纸绝缘中微水将严重影响油浸式变压器电气寿命和机械寿命。为研究油纸绝缘体系中微水扩散微观特性,基于分子模拟方法建立绝缘纸/油纸共存体系微观模型,利用分子动力学计算了不同温度下微水在绝缘纸/油纸共存体系下运动轨迹及其扩散系数,讨论了扩散系数与绝缘纸/油纸共存体系自由体积及水分子运动轨迹关系,并由实验所得扩散系数对模拟计算结果进行验证。结果表明分子模拟结果为实验数据的84%～222%,分子模拟为油纸绝缘体系微水扩散机理研究提供了微观研究手段。     

基于二元非线性Wiener随机过程的变压器油纸绝缘剩余寿命预测方法

针对传统单性能退化量的油浸式电力变压器油纸绝缘剩余寿命预测方法难以全面反映油纸绝缘退化行为,且缺乏对多性能退化量间相关性的考虑,该文充分考虑退化过程的随机性和非线性,提出了一种基于二元非线性Wiener随机过程的变压器油纸绝缘剩余寿命预测方法。首先,基于非线性Wiener随机过程建立单性能退化量的油纸绝缘退化模型,刻画油纸绝缘退化过程的随机性和非线性;然后,基于Copula函数建立两性能相关的退化模型,更加全面地分析两性能退化量所反映的变压器油纸绝缘联合退化行为;最后,采用MCMC-Gibbs抽样算法估计模型未知参数,实现变压器油纸绝缘剩余寿命预测。该文以糠醛和甲醇含量作为性能退化量,依托加速热老化实验数据进行实例验证,对比单性能、两性能独立、两性能相关三种情况下的可靠度曲线及剩余寿命预测结果,结果表明,该文所提方法能够更加合理全面地描述退化过程,可靠度曲线更贴近真实结果。