绝缘油抗氧化剂的选择及其协同抗氧化作用

为了从根本上提高矿物油与天然酯混合绝缘油的氧化安定性,通过加压差示扫描量热法(PDSC)选取了适用于混合油的最佳抗氧化剂复配方式;对比了加入复合抗氧化剂后的矿物油与天然酯混合绝缘油与矿物油在不同温度和不同频率下的介电常数;首次通过分子模拟和红外光谱在分子层面分析了复合抗氧化剂。结果表明:适用于矿物油与天然酯混合绝缘油的最佳抗氧化剂组合为2,6-二叔丁基对甲酚(T501)+高纯度烷基化苯基-α-萘胺(L06),两种抗氧化剂的最佳添加量为0.3%T501+0.3%L06(质量分数);在相同温度和频率下,加入复合抗氧化剂后的矿物油与天然酯混合绝缘油的介电常数大于矿物油;复合抗氧化剂T501+L06的分子模拟和红外光谱分析结果表明,复合抗氧化剂使混合油氧化安定性优于矿物油的原因是T501和L06之间存在协同抗氧化作用。     

正极性纳秒脉冲电压下天然酯绝缘油的击穿特性和发射光谱

天然酯绝缘油具有优异的电气绝缘性能,是油浸变压器和脉冲功率装置的良好绝缘介质。为了研究天然酯绝缘油在正极性ns脉冲电压下的绝缘特性,考察了针-针电极结构下针电极曲率半径、电极间距对天然酯绝缘油击穿电压的影响以及油中水分体积分数、油温与天然酯绝缘油击穿电压的关系。并利用发射光谱技术对天然酯绝缘油中放电特性进行了光谱诊断。实验结果表明:天然酯绝缘油击穿电压随电极间距的增大而升高,且相同电极间距下其击穿电压随针电极曲率半径的增大而升高;油温升高对天然酯绝缘油击穿电压影响不明显;随着水分体积分数增加,天然酯绝缘油、25号变压器油击穿电压均有所降低,但天然酯绝缘油击穿电压始终高于25号变压器油。天然酯绝缘油击穿发射光谱诊断表明:C原子在击穿过程中表现活跃,在光谱中观察到多条特征谱线;而H原子只发现了1条特征谱线。     

水分和酸对矿物油与天然酯混合油-纸绝缘热老化的影响

为了研究矿物油与天然酯混合油-纸绝缘(混合油-纸绝缘)的热老化特性,揭示天然酯的存在对混合油-纸绝缘体系中水分和酸的影响,对矿物油-纸绝缘、混合油-纸绝缘在110℃下进行了加速热老化实验,通过分子模拟分析了这两种油-纸绝缘体系中水分与绝缘油和水分与绝缘纸的相互作用,并对老化后的绝缘纸进行了红外光谱分析。研究结果表明:混合油-纸绝缘抗老化能力优于矿物油-纸绝缘;混合油-纸绝缘中的天然酯能与水分和酸形成稳定的氢键,减弱水分和酸对绝缘纸的协同危害作用;混合油-纸绝缘系统中,绝缘纸纤维素上羟基和脂肪酸的酯化反应能抑制绝缘纸老化。     

矿物油-天然酯混合绝缘油减缓绝缘纸热老化速率机理的XPS研究

以矿物油-天然酯混合绝缘油及25#矿物油为研究对象,对比了两种绝缘油对绝缘纸热老化速率的影响,证实了混合油对油纸绝缘老化速率起到明显的抑制作用。为了进一步分析混合油对纤维素热老化的抑制机理,本文采用X射线光电子能谱(XPS)法,对在两种绝缘油中老化的绝缘纸表面及内部的XPS碳谱(碳原子的化学态)进行了研究,并结合表征绝缘纸老化程度的传统特征量-聚合度和油中糠醛含量进行了分析。结果表明,与矿物油相比,在混合油中老化的绝缘纸产生了新的基团-酯基(O-C=O),这是混合油抑制绝缘纸热老化的主要原因。通过XPS碳谱的定量分析,发现形成酯基的碳原子主要位于纤维素链中的葡萄糖环上,为今后绝缘油和绝缘纸的抗老化改性提供了参考。     

新型抗老化混合油-纸板绝缘热老化特性

为了促进混合绝缘油向变压器中推广应用,研究了可大规模批量化生产的新型抗老化混合绝缘油制备方法,并将该绝缘油与矿物油分别与绝缘纸板组成油纸绝缘进行130℃加速热老化实验,对比分析了其老化产物及介电、击穿特性。结果表明:新型混合绝缘油性能基本满足国标GB 2536—2011要求,并能延缓油纸绝缘的老化;不同老化时间新型混合绝缘油及其浸绝缘纸板的击穿电压大部分高于相应的矿物油及其浸绝缘纸板,老化初期两种绝缘纸板击穿电压随温度的升高逐渐降低,老化后期两种绝缘纸板击穿电压随着温度的升高先降低再升高;不同老化时间新型混合绝缘油及其浸绝缘纸板的介电常数和两者介电常数比高于相应的矿物油及其浸绝缘纸板,说明新型混合绝缘油提高了绝缘油和绝缘纸板电场分布均匀性,有利于变压器制造的小型化。     

三元混合式绝缘油和矿物油的雷电冲击击穿及产气特性对比分析研究

混合绝缘油由于能统筹兼顾矿物油和植物油的优点而受到国内外研究学者的广泛关注。该文以矿物油为参比,针对一种新型三元混合式绝缘油的雷电冲击击穿及产气特性开展对比研究,分析比较极不均匀电场形式下油隙长度为5～25mm的两种油品分别在正、负极性雷电冲击电压作用下的击穿电压、放电发展速度和产气含量的差异。结果表明:在正极性雷电冲击电压下,三元混合式绝缘油与矿物油的雷电冲击击穿电压相差不大;在负极性雷电冲击电压下,矿物油的雷电冲击电压约是三元式混合绝缘油的1.5～3.5倍;矿物油在正、负极性雷电冲击电压下的放电发展速度均大于三元混合式绝缘油;随着针-板油隙距离的增大,两种油品的击穿电压和放电发展速度均呈现不同幅度的增长;在正、负极性雷电冲击击穿相同次数后,三元式混合绝缘油中溶解的气体含量显著小于矿物油;油中溶解的H_2、C_2H_2是三元混合式绝缘油电弧放电分析的首选特征量。     

低温下水分含量对天然酯绝缘油介电特性的影响

为研究低温下水分含量对天然酯绝缘油介电特性的影响,搭建了低温试验平台,在-15～5℃温度区间内对不同水分含量天然酯绝缘油进行交流击穿试验、直流击穿试验和工频介电特性测量。结果表明:低温下天然酯绝缘油的击穿电压随着温度的降低呈现出先减小后增大的趋势,其中直流击穿电压小于交流击穿电压,随着水分含量的增加,交、直流特性曲线逐渐接近;低温条件下水分的形态变化会影响天然酯绝缘油的介质损耗因数,随着温度的降低,天然酯绝缘油的介质损耗因数呈现先增大后减小的趋势,并在-5～0℃内出现极大值,但在低含水量时温度对其介质损耗因数影响不大,水分的存在会增大天然酯绝缘油的介电常数,而温度变化对天然酯绝缘油的介电常数影响不大。     

植物油纸绝缘的介电与热稳定性能

植物绝缘油是一种新型高燃点、可再生、环保型的液体电介质,是矿物绝缘油的优良替代品.介绍植物绝缘油的实验室制备方法与植物绝缘油的基本电气及理化性能,分析植物油纸试样的工频击穿电压、介质损耗因数、介电常数等介电性能,并采用热重分析法研究油纸的热稳定性.试验与分析结果表明:植物油纸击穿电压高于矿物油纸击穿电压,植物油纸的介电常数和介质损耗因数与温度呈指数关系,其相对介电常数高于矿物油纸,而介质损耗因数与矿物油纸基本一致,植物油纸热稳定性比矿物油纸更高.     

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。     

不同混合绝缘油性能的试验研究

为了探索更高效实用的配电变压器绝缘油,简要介绍了植物绝缘油和矿物绝缘油的混合配比方法,对不同比例混合绝缘油样品进行了击穿电压、闪点、燃点、运动黏度、介质损耗、色谱等测试,并与相同条件下的矿物绝缘油和植物绝缘油进行对比。结果表明:混合绝缘油可以有效提高矿物油的闪点、燃点等指标,随着混合油中植物油比例的增加,混合油的绝缘性能上升,选用不同类型原料油对混合绝缘油的性能有一定影响。     

天然酯与矿物油纸绝缘的加速热老化特性研究

用天然酯和矿物油分别与普通变压器纸组成试品,在3个不同温度下分别进行加速热老化试验,研究天然酯-纸绝缘和矿物油-纸绝缘老化特征参量的时效老化规律异同。结果表明：天然酯能有效抑制绝缘纸老化;在各老化温度下,天然酯中酸值随时间变化曲线的拐点所对应的时间与酯中水分含量达到老化过程中最高点的时间相同;天然酯-纸绝缘中,糠醛含量依然可以作为反映绝缘纸老化的重要特征量,糠醛浓度对数值和绝缘纸聚合度之间也存在较好线性关系;天然酯中CO和CO2含量比矿物油中的要低,但CH4、C2H4、C2H6及总烃含量都比矿物油中的要高。     

变压器油基础油烃组成与其脉冲击穿电压和电阻率的关联性研究

针对脉冲功率装置的Marx脉冲发生器绝缘用油的特点,开展了变压器油基础组成与其电阻率和脉冲击穿电压大小的关联性研究。结果表明:在直流电场下,温度与电阻率的大小成反比关系,变压器油的芳烃含量是影响其电阻率的关键因素。在正负性脉冲电场下,不同芳烃含量的变压器油表现出极大的差异性,在高压负脉冲电场下,变压器油的芳烃含量是影响其脉冲击穿电压的主要因素,芳烃含量的高低与负脉冲击穿电压的大小成反比关系。     

Improvement of power transformers by using mixtures of mineral oil with synthetic esters

This paper is aimed at the optimization of power transformer insulation via the improvement of the characteristics of the most commonly used insulating liquid, i.e., mineral oil. For that purpose, mixtures consisting of mineral oil and other insulating liquids (namely silicon and synthetic ester oils) are investigated. The main properties such as the heat transfer, breakdown voltage (BDV), aging stability and electrostatic charging tendency (ECT) of different mixtures as well as the liquids alone are compared. The heat transfer is studied by means of kinematic viscosity. The measurements of breakdown voltage are analyzed by means of Gaussian probabilities. The results of aging tests at controlled temperature and in contact with atmosphere are presented, as well as the ECT effect versus the oil humidity and resistivity. It is shown that the best mixture enabling optimization of the power transformer insulation, (i.e. improving the dielectric properties and the aging stability of mineral oil without degrading its viscosity and ECT), is that of mineral oil with 20% by volume of synthetic ester oil.     

纳米绝缘油交流击穿特性分析

绝缘油填充于各型变压器、电力电容器等充油电力设备中,起绝缘、导热、灭弧等作用,在电力系统中有着广泛地应用。随着输电电压等级的不断提高,对绝缘油提出了更高的要求,因此提高绝缘油性能,对中国特高压发展具有重要意义。由于纳米粒子的尺寸效应,传统的小桥击穿理论可能将不再适用,为改善绝缘油的性能提供了新的途径。笔者研究了纳米绝缘油的制备方法,并对不同质量分数纳米粒子的绝缘油进行了交流击穿电压实验。研究结果表明,适当质量分数的纳米粒子能有效地改善绝缘油的交流击穿特性。应用纳米粒子球形介质极化模型,计算了粒子表面产生的势阱,并指出了纳米粒子改善绝缘油击穿特性和添加纳米粒子过多导致绝缘油的击穿性能降低的原因。     

数据融合在变压器油击穿电压测试仪中的应用

为提高变压器油击穿电压测试仪的测量准确性和测试结果的可靠性,采用了基于单传感器重复采样的不要求测量数据任何先验知识的数据处理方法,仅依据有限次测量数据的测量精度确定不同数据的相应权数以计算出误差最小的击穿电压测定结果。介绍了单片机控制的击穿电压测试仪的硬件组成和工作原理;论述了具有最小均方误差的自适应加权数据融合方法;给出了计算击穿电压融合值的流程。试验表明,这种融合算法能有效提高击穿电压测试仪的抗干扰能力,提高测量的准确性和重复性。     

纳米改性矿物绝缘油的老化特性研究

以制备的纳米改性矿物油为研究样品,对添加纳米颗粒前后矿物绝缘油在100℃、老化35天、每隔7天分别测试油样微水含量、击穿电压、介质损耗及酸值,考核老化前后矿物绝缘油性能。测试结果显示,老化前后不同矿物绝缘油理化电气性能均会出现不同程度劣化,添加有纳米颗粒的矿物油表现出更好的抗氧化性能。     

三元混合式绝缘油与绝缘纸板“液–固”组合体系的沿面闪络特性

油浸式电力变压器中油-纸绝缘体系的"液–固"交界面易发生沿面闪络,导致变压器绝缘失效。为考察新型三元混合式绝缘油对油-纸绝缘体系沿面闪络电压的提升效果,为此以矿物油–纸绝缘为参比,研究了交流电压下三元混合式油–纸绝缘体系的沿面闪络特性,分析了沿面闪络电压、油浸纸板表面损伤、以及沿面闪络后的油中溶解气体特性。结果表明:当针–板电极间距离由5 mm增大至20 mm时,与矿物油–纸绝缘体系相比,三元混合式绝缘油-纸绝缘体系的沿面闪络电压约高10%~20%,主要原因在于三元混合式绝缘油–纸绝缘体系中针电极尖端的电场值较小,且三元混合式绝缘油的击穿性能优于矿物油。经历多次沿面闪络后,三元混合式绝缘油浸渍纸板的表面损伤程度弱于矿物油浸渍纸板,且三元混合式绝缘油中溶解的C2H2及总烃类气体含量低于矿物油。该结果为安全应用三元式混合绝缘油提供了数据支撑。     

Prebreakdown and breakdown phenomena under uniform field in liquid nitrogen and comparison with mineral oil

This paper presents a study of breakdown and prebreakdown phenomena (streamers) in liquid nitrogen and mineral oil under quasi uniform electric field, under ac and impulse voltage. Streamers preceding breakdown are studied up to 0.5 MPa by high-speed visualization and recording of emitted light. In these conditions, breakdown in LN/sub 2/ is mainly due to negative streamers, initiated at lower voltage than the corresponding positive voltage. Hydrostatic pressure has a limited effect on breakdown voltage, such as in mineral oil. It is shown that the ratio of impulse to ac breakdown voltage in LN/sub 2/ is surprisingly low (close to 1), whereas in the same conditions ac breakdown voltage in mineral oil is lower than impulse breakdown voltage. Practical consequences for the design of HV insulation in superconducting systems are discussed.     

A Comparison of the Impregnation of Cellulose Insulation by Ester and Mineral oil

Ester oils have been successfully used in distribution transformers for many years as satisfactory substitutes for mineral oil. In high voltage transformers however their application has been much slower partly due to the fact that the high viscosity of ester oil and hence uncertainties in efficient impregnation of cellulose insulation. In this paper the characteristics of the impregnation of cellulose insulation by ester oils are assessed and compared with mineral oil. Studies are carried out on thick laminated pressboard blocks, typical of support insulation structures in high voltage transformers. The degree of oil impregnation with time at various temperatures is examined. It is shown that the factors governing the impregnation processes with ester and mineral oils are very similar, i.e. mainly viscosities and surface tensions, and if a higher impregnation temperature is used for ester oils the same degree of oil impregnation can be achieved as with mineral oils.