苯并三氮唑钝化剂对绝缘油中溶解气体特性的影响研究

目前的相关研究与现场实例均表明,向绝缘油中添加苯并三氮唑类钝化剂会导致油中溶解气体生成异常,为探究该类钝化剂对绝缘油中溶解气体特性的影响,选用现场油浸式电力变压器中广泛使用的金属钝化剂——苯并三氮唑(benzotriazole,BTA),开展含不同BTA浓度的油纸绝缘样品在130℃下的加速热老化试验,测试不同老化程度的油中溶解气体的组分及含量,获得相应的油中溶解气体分析(dissolved gas analysis,DGA)结果。实验结果表明,在油纸绝缘热老化过程中,油中BTA的加入会导致油中溶解气体生成异常,其中H2、CO2、CO含量明显上升,总烃含量反而下降,给以DGA技术作为主要判据的设备运行状态评估造成干扰。进一步结合BTA分子结构特征以及油纸绝缘的相关特性参量变化规律,探讨了BTA在油纸绝缘热老化作用下的产气机制。     

三元混合绝缘油热裂解过程与产气特性

从绝缘油物质成分原子水平研究揭示绝缘油的热裂解产气机制，是科学指导基于油中溶解气体实现变压器故障诊断的关键。基于反应分子动力学对三元混合绝缘油中不同物质成分的单分子、多分子和混合油体系的热裂解动力学过程进行仿真模拟，研究分析了矿物油、天然酯和改性天然酯中不同类型油品分子的热裂解路径及产气行为，以及三元混合绝缘油的热裂解产气特性，并通过油品过热产气试验验证了仿真结果。结果表明：矿物油、天然酯和改性天然酯分子在热应力下会通过解环、脱羧与脱羰等反应转化为链状烃，再逐步裂解为烃类气体小分子；当油品分子体系增大时，分子热裂解方式与油品单分子相同，但其热裂解反应进程会加快。三元混合绝缘油热裂解仿真结果表明，其在低温过热时油中CO₂含量最高，中温过热时油中H₂和烃类气体含量增加，高温过热时油中C₂H₂含量增加，C₂H₄、C₂H₆含量增加显著，该油品过热产气试验结果与仿真结果一致。该成果可为基于油中特征气体分析实现三元混合绝缘油...     

金属钝化剂BTA对变压器硫腐蚀的抑制效果及绝缘油性能的影响研究

油中的腐蚀性硫化物会侵蚀变压器绝缘绕组,导致油纸绝缘性能下降,给变压器的运行带来安全隐患,工程上常通过加入金属钝化剂来抑制腐蚀性硫化物与铜离子的结合,进而延缓硫腐蚀过程的发生。研究了油中常用金属钝化剂苯并三氮唑(BTA)对铜硫化物形成的抑制效果,并研究了钝化剂在长期运行过程中对变压器绝缘油性能的影响。结果表明,在含有腐蚀性硫的绝缘油中加入BTA可以有效缓解变压器硫腐蚀,但高浓度的BTA会促使油中铜离子含量增加,而油中铜离子能通过传递分解过氧化氢产生过氧化自由基,加速油品劣化,导致油纸绝缘老化加速。     

绝缘油的气相色谱测试诊断与测试装置

变压器采用油纸组合绝缘,其内部潜伏性故障产生的烃类气体来源于油纸热分解。含有不同化学键的碳氢化合物有着不同的热稳定性,绝缘油随着故障点温度的升高裂解生成烃类的顺序是烷烃、烯烃和炔烃。由于油热裂解生成的每一种烃类气体都有一个相应最大产气率的特定温度范围,故绝缘油在各不相同的故障性质下,产生不同成分、不同含量的烃类气体。     

基于分子动力学模拟的植物绝缘油过热分解产气特性

为更好地了解植物绝缘油的产气过程,指导植物绝缘油变压器故障诊断,从宏观和微观两个层面研究了山茶籽绝缘油的热分解过程。通过实验研究了山茶籽绝缘油在363～403 K温度下经过5、10、15、20天热分解的产气特性和酸值变化规律。采用Reax FF反应力场构建山茶籽绝缘油模拟体系,通过分子动力学(MD)仿真,模拟植物绝缘油中分子在1400～2200K温度下的分解过程,得到其产物信息;并通过跟踪观测模拟体系中的分子变化,得到其产气路径和机理。实验和仿真结果表明:C2H6是山茶籽绝缘油在热解时产生的主要烃类气体产物;含非共轭双键越多的甘油三酸酯分子热稳定性越差,越容易分解;温度升高和受热时间增长能够促进植物绝缘油的分解,产生各种特征气体含量与温度和受热时间呈正相关;就产气路径而言,植物绝缘油热解是从与甘油三酸酯分子中心碳相连的C—O键的断裂开始,然后通过脱羧反应生成CO2和烃类自由基,烃类自由基继续分解,并与分解过程中产生的H·结合,得到植物绝缘油分解的各种特征气体。     

高热故障下变压器油纸绝缘系统的产气机理研究

针对高热故障下超/特高压变压器内部绝缘系统状态变化和产气机理不清晰而严重制约变压器状态分析诊断的问题,本文基于热焓理论与仿真模拟手段相结合的方式对超/特高压变压器高热故障下油纸绝缘系统特征气体的生成路径与油纸绝缘系统的裂解机理开展研究。依据热焓理论得到气体的生成机理,并利用仿真模拟验证本文所提出的产气机理与路径。结果表明：高热故障下油纸绝缘系统中链烷烃要比环烷烃和双环芳香烃更容易发生裂解,各组分裂解生成特征气体的速率从大到小依次为纤维素、链烷烃、环烷烃、双环芳香烃。根据气体生成能可知,特征气体CH₄和C₂H₆最容易生成,C₂H₂最难生成,可通过特征气体在油纸绝缘系统中的生成速率判断高热故障的严重程度。     

油浸式绝缘系统放电故障下气-液两相特征气体变化规律研究

油浸式系统中快速发展的放电故障具有产气量大、产气速率快等特点,以致于产生的特征气体来不及在油中溶解,绝大多数特征气体逸散至油面上进入瓦斯继电器,导致可用于变压器诊断及预警的大量有效气体无法及时达到溶解平衡,使得目前电力行业常用的油中溶解气体分析方法无法准确诊断故障。基于此,本文搭建油浸式绝缘系统快速发展放电故障下的油面气体产气规律研究试验平台,获取了油浸式绝缘系统在快速发展放电故障下的油面特征气体信息。结果表明：故障发生后的短时间内液相中特征气体浓度不会明显增加,而此时气相中存在大量特征气体;当系统中存在高能放电时,CO、CO₂、CH₄、H₂会在油面上大量汇集,这4种气体可作为高能放电故障表征依据;在此基础上,发生火花放电时,C₂H₆、C₂H₄、C₂H₂也会在油面上汇集,可作为火花放电诊断辅助依据。     

色谱分析在变压器潜伏性故障诊断中的应用

0 概述 目前,油浸变压器大多采用油纸组合绝缘,当变压器内部发生潜伏性故障时,油纸会因受热而分解产生烃类气体。由于含有不同化学键结构的碳氢化合物有着不同的热稳定性,所以绝缘油随着故障点温度的升高依次裂解生成烷烃、烯烃和     

微水加速变压器油纸绝缘热解的微观机制研究

微水是导致变压器油纸绝缘劣化的主要因素之一,探讨其在油纸绝缘热裂解过程中的作用机理具有重要意义。本文建立了油纸绝缘的复合分子模型,基于反应分子动力学模拟了含有微水的油纸绝缘热解的过程,探究了水分子在油纸绝缘热解不同阶段的作用机理,并分析氢离子和氢自由基在热裂解中的作用。结果表明：含有微水的油纸绝缘复合模型中,水分子、氢气等小分子初始生成时间早,而且生成速率和数量均高于不含微水的油纸绝缘复合模型。通过分析反应路径发现,在初始阶段水分子先是破坏绝缘纸的氢键网络;随着高温时间延长,水分子作为催化剂促进绝缘纸裂解;随着反应进行,水分子作为载体携带羧酸氢离子向绝缘油扩散,促进绝缘油热裂解。在反应过程中,羧酸氢离子具有加速绝缘热裂解的作用,并且在与水分子的共同作用下,油纸绝缘会协同加速裂解,而氢自由基不具有加速作用。     

油绝缘典型电极放电产气特性对比分析

少油类设备内部通过填充绝缘油进行内部绝缘,因内部空间小,在发生放电或过热故障时,会引起绝缘油关键参量劣化而产生大量H₂、烃类气体、CO和CO₂等油中溶解气体,故障严重时会导致设备爆炸,损失巨大。设计了一种少油类设备放电试验系统,获得了放电后油中气体扩散特性,开展了典型缺陷所对应的3种典型电极（板板电极、球球电极（球纯油球、球纸板球）和针板电极）在不同间隙距离、不同放电时间下的产气量对比研究,研究结果表明：板板电极放电下,直接加压至击穿产气量较小,球球电极和针板电极放电产生的C₂H₂和H₂呈现饱和趋势,在相同的间隙距离和放电时间下,针板电极产气量最大,球球电极次之,产气量最小的是板板电极,在1 mm间隙下,球纯油球较球纸板球布置下的电极放电过程剧烈,产气量大。获得了3种典型电极油中放电气体含量变化规律,主要结论对于少油类设备产气下的故障分析具有重要的意义。     

三元混合式绝缘油吸潮、工频击穿及产气特性研究

矿物油与天然酯混合而成的混合绝缘油能统筹兼顾矿物油和天然酯的优势与不足,掌握混合油的吸潮及工频击穿特性,能为其在变压器中的应用及油品质量管控奠定基础。为此以矿物油为参比,针对一种三元混合式绝缘油,研究分析了三元混合式绝缘油在不同温度下的吸潮特性、温度与水分联合作用下的工频击穿特性,以及多次工频击穿后的油中溶解气体特性。对比研究表明:三元混合式绝缘油的吸潮速率和饱和水含量明显大于矿物油,三元混合式绝缘油容纳水分的能力优于矿物油;随着油中水分含量的增加,三元混合式绝缘油与矿物油的工频击穿电压均明显下降,但三元混合式绝缘油工频击穿电压耐受水分劣化的能力更强;在15～90℃范围内,三元混合式绝缘油水分体积分数<70×10^-6时,其工频击穿电压能维持在40 kV以上;多次工频击穿后,H₂和C₂H₂是2种油品工频击穿的主要产气类型,三元混合式绝缘油中溶解的H₂和C₂H₂占总溶解气体体积的百分比略高于矿物绝缘油。     

天然酯绝缘油在油纸界面放电故障条件下的分解产气特性研究

选取菜籽基天然酯绝缘油与矿物绝缘油及两种绝缘油的油浸纸板为研究对象,开展纯油击穿与油纸沿面闪络两种类型的放电故障试验,通过油中溶解气体分析方法研究故障后两种绝缘油产生的油中溶解气体类型与含量,并对比分析两种绝缘油产气特性差异及油纸界面对产气特性的影响。结果表明:在击穿类型放电故障条件下,两种绝缘油产生的溶解故障特征气体类型相同,均为CH_4、C_2H4_、C_2H_6、C_2H_2、H_2、CO、CO_2;相同故障条件下,天然酯绝缘油相较于矿物绝缘油会产生更多的CO;当放电故障发生在油纸界面处时,两种绝缘油中的故障产气量增多,且CO的含量占比上升。     

基于分子动力学模拟的油纸绝缘系统中气体小分子扩散行为

为了从微观层次上揭示气体小分子在变压器油纸绝缘系统中的扩散机理,对变压器油纸复合绝缘材料老化过程中产生的7种常见气体小分子（包括H2、CO、CO2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6）在油纸两相介质中的扩散行为进行了分子动力学模拟。采用分子动力学模拟软件,搭建了2组模型,以分别模拟各种气体小分子在油中和纤维素绝缘纸中的扩散。通过对气体小分子在油纸介质中扩散系数、位移特性、自由体积特性与油纸的相互作用能的研究,考察了不同气体小分子在油纸介质中扩散的微观机理,探讨了气体小分子在油纸介质中扩散特性的差异,比较了不同因素对气体小分子扩散行为的影响。研究发现：气体小分子在纤维素中的扩散系数比其在绝缘油中的扩散系数小1个数量级,且7种气体小分子在2种介质中的扩散系数的排列顺序亦不相同;在绝缘油中,主要影响气体小分子扩散行为的是自由体积;而在纤维素材料中,对气体小分子的扩散行为起主要影响的是分子间的相互作用。     

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。     

非运行状态电容式电压互感器绝缘体系生物降解分析

探究非运行状态电容式电压互感器（CVT）油-纸绝缘体系中CH₄、H₂和CO₂等气体含量增高的原因,对提高CVT运行安全很有必要。采取自然污染、人工接种及高温杀菌方式对CVT油-纸绝缘体系进行微生物生长试验,用气相色谱仪、微水仪等仪器测定生物降解绝缘油-纸的产物及含量,并采用生物学鉴定微生物种属,分析油-纸绝缘体系生物降解特性。试验结果表明：CVT油-纸绝缘体系在微生物降解作用下产生了H₂O、酸、CH₄、H₂和CO₂等,其与非运行状态下CVT内绝缘油中气体组分相同;各组分气体含量在增加过程中出现一减小的拐点;显微镜观察和生物学鉴定出4种球状厌氧微生物。结合生物降解产物及变化趋势和微生物种属分析,CVT油-纸绝缘体系生物降解分为2个阶段,即多种微生物降解和厌氧微生物沼气发酵阶段,CH₄、H₂和CO₂等气体是生物降解的特征气体。     

交直流复合电压中直流分量对油纸绝缘放电缺陷产气特性的影响

运行中的换流变压器内部绝缘同时承受交、直流电压的作用,其产气特性与交流变压器有一定区别。为此,采用典型柱板电极模型,对交、直流复合电压下,油纸绝缘放电缺陷各发展阶段的油中溶解气体量、产气速率和气体组分进行了试验研究。研究结果表明:交直流复合电压中直流分量比例越高,由开始放电到击穿的时间越长、放电能量、产气量、产气速率越低;可根据产气速率将放电缺陷划分为起始阶段、发展阶段和临近击穿阶段。复合电压中的直流分量越高,放电起始阶段油中分解CH4的体积分数烃类气体与总烃的体积比)越高(50%),C2H2的体积分数越低(45%),此特性为复合电压下油纸绝缘放电缺陷的早期故障诊断提供了依据。     

基于ReaxFF场的矿物绝缘油热解分子动力学模拟

热故障是影响充油设备安全运行的重要因素,基于Reax FF力场的分子动力学模拟方法建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,深入研究了不同温度下矿物绝缘油的动态热解过程和产气规律。通过Reactive-MD-analysis识别模块对矿物绝缘油热解产物的识别和统计,结合仿真的动态图像分析了矿物油的微观反应过程,得出矿物油热解的主要反应路径以及小分子气体的生成路径。同时重点分析了温度对热解微观过程的影响,结果表明：中温下大分子烃自由基的β–C断裂造成C_2H_4气体的大量产生;高温下C_3H_8、C_2H_6和C_2H_4的继续分解造成C_2H_6和C_2H_4气体的相继减少以及H_2、CH_4和C_2H_2气体的不断增多。通过与热重实验结果的对比,验证了仿真结果的合理性,说明ReaxFF反应动力学模拟为从分子上研究矿物绝缘油的热解提供了一种有效的途径。     

不同含水率下电—热耦合应力对油纸绝缘界面小分子气体扩散特性的影响机制

油纸绝缘在实际运行过程中，受到电—热耦合应力作用，其内部产生的气体以气泡的形式从界面处析出，造成局部放电甚至绝缘击穿，危害变压器的运行安全。文中通过搭建油纸绝缘电—热耦合实验平台，分别对不同温度、不同电场强度以及不同含水率条件下的油纸绝缘模型进行实验，实验结果表明，随着电场强度以及含水率的提高，气泡析出的起始温度逐渐下降。由此进一步建立油纸绝缘界面分子动力学仿真模型，以绝缘纸老化裂解过程中产生较多的CO₂为例，对其在油纸绝缘界面处的聚集状态、相对浓度，扩散系数，氢键作用以及自由体积分数进行了研究。模拟结果表明，升温提高了自由体积分数，促进了CO₂分子的布朗运动，较多CO₂分子扩散至界面处与绝缘油中，扩散系数提高了187.96%。相同温度作用下，随着电场强度的增大，CO₂分子与其他分子间形成的氢键数量减少，导致CO₂受到的分子间作用力减小，290 K时，电场从50 kV/m增大到200 k V/m时，扩散系数平均提高了90.41%;360 K时，提高14.02%。含水率的提高使得...     

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。     

变压器油纸绝缘气隙放电特性及其产气规律

变压器油纸绝缘局部放电是引起运行变压器绝缘老化和破坏的主要原因之一,及时了解局部放电的产生与发展以及其产生气体的变化规律能判断运行变压器内部的潜伏性故障及发展,为此,基于油纸绝缘气隙放电模型,研究了变压器油纸绝缘气隙放电的产生、发展及其特征参量的变化规律,实验分析了放电发展过程中油中溶解气体的产生及变化特征,实验结果表明,油纸气隙放电产生的主要气体为H2、CH4和CO,随着放电时间的增长,绝对产气速率呈下降的趋势;结合模糊诊断探索了气隙放电与油中溶解气体的对应关系,在改良三比值编码中与气隙放电相关程度最大的编码是"100"。