油纸绝缘微水扩散的暂态分布模型

用费克(Fick)第二扩散定律推导油纸绝缘中微水扩散的方程,通过分析边界条件并用数值分析法求解该偏微分方程,得到不同时刻绝缘纸中微水浓度随厚度变化的分布曲线,通过对这些分布曲线的积分计算获得绝缘纸中平均微水浓度随时间的变化曲线,数学分析和实验结果都表明该曲线符合指数函数,但该指数函数的平衡时间受温度、油纸绝缘中微水的稳态浓度、绝缘纸的厚度和透水方式等因素的影响,计算机仿真表明这几种因素对平衡时间的影响是互相独立的。最后通过求取所有单个因素下的平衡时间计算式,综合得到多个因素下的平衡时间的计算方程式。     

应用极化/去极化电流法分析油纸绝缘微水扩散暂态过程

为将极化/去极化电流法用于油纸绝缘的微水扩散暂态过程研究,通过建立油纸绝缘微水扩散不平衡时的时域极化模型,提出了根据微水扩散达到稳态时的极化/去极化电流特性求解微水扩散不平衡时的极化/去极化电流的方法,并通过试验验证该方法的有效性。研究结果表明:随着水分含量的增加,油纸绝缘的极化/去极化电流增大,纸中微水分布的不均匀性产生的极化严重影响了油纸绝缘的极化/去极化电流特性,自由电荷迁移和界面极化建立变得困难和缓慢,极化/去极化电流减小;微水扩散不平衡时绝缘纸的电导率分布与纸中微水质量分数分布密切相关,可以作为表征纸中微水分布的特征量。     

典型油纸绝缘微水扩散特性仿真分析及试验研究

绝缘纸受潮将严重影响变压器的内绝缘特性,变压器油纸绝缘体系中微水含量及微水分布状况是评估变压器绝缘状态的重要依据。基于菲克第二定律建立了油纸绝缘微水扩散的3种典型模型,并采用分离变量法和有限元方法对模型进行了仿真模拟。模拟了有化学反应参与的微水扩散过程,更符合绝缘纸长时间老化的微水扩散过程。搭建了微水随绝缘纸厚度梯度分布时测试实验平台,采用微水测试传感器测量微水含量。结合实验测量数据和微水扩散的有限元模型以及广泛采用的微水扩散系数经验公式,采用遗传算法寻优,获得了优化的微水扩散分布曲面。     

典型油纸绝缘微水扩散特性仿真分析及试验研究

绝缘纸受潮将严重影响变压器的内绝缘特性,变压器油纸绝缘体系中微水含量及微水分布状况是评估变压器绝缘状态的重要依据。基于菲克第二定律建立了油纸绝缘微水扩散的3种典型模型,并采用分离变量法和有限元方法对模型进行了仿真模拟。模拟了有化学反应参与的微水扩散过程,更符合绝缘纸长时间老化的微水扩散过程。搭建了微水随绝缘纸厚度梯度分布时测试实验平台,采用微水测试传感器测量微水含量。结合实验测量数据和微水扩散的有限元模型以及广泛采用的微水扩散系数经验公式,采用遗传算法寻优,获得了优化的微水扩散分布曲面。     

纳米改性变压器油-纸复合绝缘频率响应特性

为寻求提高变压器油纸复合绝缘特性可能途径,开展了纳米改性变压器油-纸复合绝缘频率响应特性研究。利用电介质频率响应法,对比测试了添加纳米改性前后油纸复合绝缘不同微水含量、在不同温度条件下,10^-4～10^-6Hz范围频率响应;建立基于Cole-Cole函数的弛豫模型分析实验结果,并通过最小二乘法拟合得到弛豫模型参数;分析小同微水含量及温度条件下添加纳米粒子对弛豫参数的影响。结果表明：所建立的弛豫模型能较好地反映油纸复合绝缘频率响应特性,弛豫模型参数能反映油纸复合绝缘状态的变化规律;添加纳米粒子引入了新弛豫机制,在低频及高频段,降低了油纸复合绝缘的介质损耗,在0．1～100Hz频率范围内却增大了其介质损耗,且随着温度升高及微水含量增加,影响越显著。     

温度和微水对变压器油及油纸绝缘介电性能的影响

开展了极寒环境下变压器油及油纸绝缘介电性能的研究和典型油-纸绝缘系统的电场分析.建立了极寒环境试验系统,在-60～～ 25 ℃温度范围内,研究不同微水含量下的变压器油及油纸绝缘结构的绝缘性能随温度的变化情况,并对试验结果进行了分析.     

变压器油纸绝缘微水扩散暂态的电介质频率响应

为将电介质频率响应更准确地应用于工程实际,开展变压器油纸绝缘微水扩散暂态的电介质频率响应研究。根据电介质频率响应原理,建立测试系统,测试微水分布平衡时油纸绝缘电介质频率响应;推导介电常数及电导率不均匀分布的油纸绝缘介电模型,根据微水分布平衡稳态时的测试结果,对微水扩散暂态的绝缘频率响应进行数值计算;测试油纸绝缘微水扩散暂态的电介质频率响应,对数值计算结果进行验证。结果表明,微水分布不平衡,引入了微水浓差极化,油纸绝缘的电介质响应变化较大;随着微水浓度梯度的增大,低频段的弛豫特征更明显,弛豫中心频率向高频方向移动,低频段介质损耗减小更为明显。     

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。     

基于频率响应油纸绝缘系统微水状态研究

为分析油纸绝缘系统的介电频谱与其微水含量、温度之间的关系,搭建了基于频率响应的测试装置,测试了油纸绝缘系统的介电频谱.结果表明:频率响应法能有效评估油纸绝缘微水含量信息,油纸绝缘系统的复介电频谱与其微水含量和温度之间存在一个函数关系.     

温度对油纸绝缘结构的击穿特性影响的研究

本文为了研究油纸复合绝缘在不同电压作用下的电场分布,建立了简化的油纸绝缘结构模型,利用有限元分析法对电场分布进行分析,总结油纸复合绝缘在不同电压作用下的电场分布规律及影响因素,对在不同温度及多种试验电压形式下油纸绝缘结构的击穿特性进行试验。结果表明虽然影响油纸结构击穿特性的因素较多,比较复杂,但也有一定的规律性。油纸绝缘结构的击穿问题是变压器故障的主要原因,该研究可为变压器的绝缘设计制造提供理论根据。     

Effects of Moisture on Furfural Partitioning in Oil-Paper Insulation System and Aging Assessment of Power Transformers

The furfural concentration in oil is a well-accepted chemical marker indicating the aging condition of power transformers. However, recent researches suggest that the furfural concentration in oil is affected by moisture, because moisture influences the furfural partitioning ratio in oil-paper insulation system. In this study, the correlation of moisture and furfural partitioning ratio was investigated. The accelerated thermal aging test and moisture absorption test were conducted to prepare oil-paper samples with different furfural and moisture concentrations. For samples with different moisture concentrations, the furfural partitioning ratios between oil and paper were compared. Results showed that samples with high humidity exhibited a high furfural mass fraction in oil. This finding implied that high humidity promoted the furfural diffusion from paper to oil. Further, the interference of moisture on aging assessment of insulation paper was analyzed. Results showed that the increase of moisture concentration in oil-paper system would significantly affect the accuracy of insulation paper aging assessment. A corrected equation for aging assessment of insulation paper with different moisture concentrations was established. Verification result showed that the equation could effectively correct the interference of moisture and enhance the accuracy of the aging assessment of insulation paper.     

油纸绝缘频域介电谱的修正Cole-Cole模型特征参量提取及水分含量评估方法

为了应用频域介电谱技术实现变压器油纸绝缘水分含量的定量评估,在实验室中制备了不同水分含量的油纸绝缘样品,分析了水分含量对样品介电特性的影响规律,同时引入修正Cole-Cole模型提取了油纸绝缘频域介电特征参量,研究了水分含量对这些特征参量的影响规律。结果表明,水分含量的变化会对油浸绝缘纸板样品的频域介电特性产生较大影响,采用修正Cole-Cole模型提取的频域介电特征参量中,?弛豫时间常数??及直流电导率?dc会随着油浸绝缘纸板水分含量的增加分别明显变小和增大;对参量水分含量m.c.的初步拟合显示,??和?dc与m.c之间分别呈现指数和线性关系,可考虑作为定量评估油纸绝缘水分含量的特征参量。     

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。     

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。     

基于介电响应的油纸绝缘寿命预测方法

油纸绝缘是油浸式电力变压器的重要组成部分,其绝缘寿命受热老化因素影响很大。因此,针对不同温度、不同含水率下的油浸纸板的寿命预测问题进行分析,提出一种应用平移因子和纤维素反应二阶动力学方程预测不同温度、不同含水率下的油浸纸板寿命的方法。首先,针对不同含水率的油浸纸板进行变温介电谱测试和130℃条件下的加速老化试验;其次,依据频温叠加的基本原理,将所测的介电损耗曲线进行计算平移,得到相应含水率油浸纸板的平移因子,根据平移因子计算相应油浸纸板的活化能,并得出油浸纸板含水率与活化能的关系式,重新构造平移因子表达式;最后,将130℃下测得的老化试验数据和平移因子代入纤维素反应二阶动力学方程,使得该模型可以计算不同温度、不同含水率下的油纸绝缘老化寿命。     

不同油纸复合绝缘老化糠醛生成规律

为研究不同绝缘组合材料老化糠醛生成的规律特点,通过不同油纸复合绝缘在3种温度下276d的老化试验,对不同温度同一绝缘组合、同一温度下不同绝缘组合的油中糠醛质量浓度随老化时间的变化情况进行了研究;对不同绝缘系统油中糠醛与绝缘纸聚合度DP的关系进行了比较分析。结果表明,不同绝缘系统的油中糠醛质量浓度随老化时间增加而增加;不同温度下各绝缘系统油中糠醛质量浓度由多到少的顺序为:#25普通变压器油与普通绝缘纸组合,BIOTEMP油与普通绝缘纸组合,#25普通变压器油与Munksjo热稳定纸组合,BIOTEMP油与Munksjo热稳定纸组合;温度对各绝缘系统油中糠醛质量浓度的影响也有同样的顺序;各组合下油中糠醛与DP有较好的线性关系;不同绝缘系统的油中糠醛产生速率与温度满足Arrhenius方程。     

评估变压器油纸绝缘受潮的电压响应方法研究

回复电压法能有效诊断变压器油纸绝缘的状态,但测量时间过长,由此提出通过单次加压建立的极化在不同去极化时间段内的电压响应特性进行绝缘诊断的方法,省去多次加压的过程,节省了测量时间;实验研究了不同受潮状态的变压器油纸绝缘介质在不同去极化时间段的电压响应特性,结果表明,充电2000s后首次放电0.1s的电压响应初始斜率随绝缘受潮程度的增加而增大,可作为评估其受潮状态的特征量;同时通过频域分析仪测得介质的直流电导率,将其与根据首次放电初始斜率计算获得的极化电导率进行对比分析,进一步验证了该特征量的有效性。本文提出的测量方法为应用电压响应法现场快速诊断变压器油纸绝缘的受潮状态提供了一种新的研究思路。     

太赫兹时域光谱技术在绝缘纸板微水含量检测中的应用分析

水分是电力设备油纸绝缘寿命的首要劣化因素。将太赫兹时域光谱系统（THz-TDS）引入到油纸绝缘微水含量测试中,利用太赫兹时域光谱系统对不同微水含量绝缘纸板样品进行测试,得到了不同太赫兹时域及频域响应信号结果并进行拟合,从而获得了可以初步估计纸板中水分含量的计算公式;最后结合太赫兹成像技术对纸板平面的水分不均匀分布情况进行了检测。由于水分子中的氢键在太赫兹波照射下会产生强烈的共振与吸收,在太赫兹透射波中产生明显的反馈作用,基于此原理可以将太赫兹检测技术运用于对绝缘纸板水分含量与分布的评估中。     

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。