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。     

水分对变压器油纸绝缘系统老化速率的影响研究

油纸绝缘的老化进程在极大程度上会受到水分的影响,为精准研判水分对其老化速率的影响,在实验室创造试验所需材料和条件制备了1％、2.5％、4％3种不同水分含量的试品,并对3种试品开展加速热老化,且时间均控制为0、10、20、30、40天.在清晰掌握多种能够反映油纸绝缘状况特征参数的前提下选取聚合度来研判水分对油纸绝缘老化速率的影响.研究结果表明:随着水分含量的增加,平均降解速率k会增大,而且k的增速从1％增加至2.5％时明显比从2.5％增加到4％时要大得多.该法为精准分析油纸受潮状态,研判变压器剩余运行时长提供了一定参照.     

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。     

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。     

水分和老化程度对油纸绝缘频域参数的影响研究

研究了水分和老化程度对电力变压器油纸绝缘频域参数的影响情况,得出了最终曲线。通过提取特征量,得出了频域参数和纸中水分以及老化程度的函数关系。     

变压器不同油纸绝缘组合加速老化时油中水分和酸值含量研究

对矿物油、植物油、牛皮纸及热稳定纸组成的4种油纸绝缘样品在3种温度(90、110、130℃)下进行加速热老化试验,分析了油中水分和酸值随老化时间的变化规律。结果表明,油的类型是影响油中水分含量的主要因素;以BIOTEMP油为代表的植物油,油中水分含量较矿物油高且变化规律明显。不考虑实际变压器滤油处理等因素时,可考虑采用油中水分含量对该类植物油浸渍绝缘系统的老化程度进行评估。油的类型也是影响油中酸值的主要因素,含植物绝缘油组合中的油中酸值比普通变压器油中的酸值高;以Munksjo命名的热稳定纸组合,其酸值含量比普通牛皮纸的绝缘组合要低。     

不均匀老化油纸绝缘稳态水分分布的频域介电谱

绕组和油温之间的温度梯度导致了绝缘纸的不均匀老化,绝缘纸的聚合度会影响水分在其中的分布情况。测试了5种不同聚合度绝缘纸含有相同水分含量以及不同聚合度绝缘纸浸渍于同一水分浓度绝缘油时水分扩散至稳态时的频域介电谱。制作了5种含有稳态水分含量的不同聚合度的绝缘纸叠加试样,用来模拟不均匀老化油纸绝缘含有稳态水分分布的试样,测试了该试样的频域介电谱,并采用分布阻抗的方法建立了油纸绝缘频域介电模型对其进行了数值计算。测试及计算结果表明:复介电常数实部、虚部及介质损耗随水分含量的增大而增大,随聚合度下降而增大;绝缘纸中水分含量对频域介电谱的影响要远远大于聚合度对频域介电谱的影响;不均匀老化油纸绝缘试样的频域介电谱测试结果与分布阻抗模型计算结果除在10-3 Hz~10-4 Hz频段内复介电常数虚部有5%的平均误差、实部有2%的平均误差外,其余频段基本相符,表明分布阻抗介电模型有效。     

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。     

变压器油纸绝缘水分含量和老化程度定量评估研究

为了分离绝缘纸老化程度和水分对频域介电谱的影响及提高变压器绝缘纸老化程度和水分含量评估精度,文中通过开展加速热老化试验制备了老化程度和含水量均不相同的5组油纸绝缘试样,并对各组试样进行tanδ频谱测试。试验结果表明,在10-3~10-1Hz频段内,tanδ曲线随绝缘纸老化程度增加而上升;在10-3~102Hz频段内tanδ曲线随绝缘纸含水量增大显著上升,在特征频段10-1~102Hz和10-3~10-1Hz内求取tanδ曲线对频率的积分值Sm和SDP分别作为表征水分含量和老化程度的特征量,并分别给出了特征量与绝缘纸水分含量(Kw)和聚合度(DP)之间的拟合关系。对比分析相同老化程度下水分含量不同的多组油纸绝缘试样的介损频谱特性表明,绝缘纸含水量对特征量SDP影响极大,为此提出了水分补偿因子以量化绝缘纸含水量对老化评估的影响,并进一步提出了全面考虑水分影响的老化程度评估新方法。     

不同含水量油纸绝缘热老化过程中的空间电荷特性研究

水分会导致油纸绝缘电气性能下降并加速老化,但是水分对油纸老化过程中空间电荷特性的影响鲜有报道。本文利用电声脉冲(PEA)法研究了不同老化阶段、不同含水量油纸中的空间电荷特性,结果表明当含水量较低时,增加含水量可以加速空间电荷到达稳态,但是进一步增加含水量反而会减速;老化初期的油纸主要以异极性电荷积聚为主,而随着老化程度的加剧,逐渐演变为同极性电荷注入。随着含水量的增加,需要更长的老化时间电荷注入类型才会发生变化,继续增大含水量将加速注入类型的转变。分析认为水分一方面会加速老化,加剧空间电荷积聚,另一方面会加快或减缓空间电荷到达稳态的过程,所以电荷注入类型会发生转变,转变时油纸中的空间电荷会很快到达稳态,阳极附近空间电荷积聚变少,电场畸变程度小。     

油纸绝缘微水扩散的稳态分布

针对目前缺乏关于任意温度下油纸绝缘中微水稳态分布研究的情况,提出了基于参数拟合的曲面拟合法。利用该方法及现有若干温度点下的分布曲线,分0～60°C和60～1 000°C二区域地拟合出可表征温度、绝缘油及绝缘纸的水分体积分数3者间稳态关系的曲面,从而获得任意温度点下油纸绝缘微水扩散的稳态分布曲线。计算所得曲线与实际数据的比较结果表明该法具有很高的精度。     

温度和水分对变压器油纸绝缘系统频域介电谱特性的影响

基于频域的介电谱(FDS)诊断技术,研究了不同温度和水分含量下油纸绝缘系统频域介电谱和复电容实部与虚部交叉频率的变化规律。结果表明:油纸绝缘系统的介质损耗因数、复电容的实部和虚部、交叉频率都随着温度和水分的增加而增大。     

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。     

复合胺类化合物对油纸系统中绝缘纸热老化特性的影响

为研究复合胺类化合物作为热稳定剂添加到绝缘纸中对油纸绝缘系统热老化特性的影响,以双氰胺、三聚氰胺、尿素和聚丙烯酰胺为添加剂,在实验室条件下制备并挑选出3种最佳添加组合的改性绝缘纸样品,同空白绝缘纸样品一起分别与变压器油组成4种油纸绝缘试品,在110℃下进行热老化试验。定期取样测量了绝缘纸的聚合度、击穿电压和水分。最后利用计算量子化学从微观层面研究了复合胺类化合物的抗老化机理。结果表明:"双氰胺+三聚氰胺+聚丙烯酰胺"的组合对应的绝缘纸在老化过程中聚合度的下降速率和水分含量最低;4种绝缘纸的击穿场强无明显差异;较于β-D-吡喃葡萄糖分子,水分子、小分子酸将优先与胺类化合物分子发生化学反应;各种胺类化合物与水分子、小分子酸的反应难易程度不一致,复合添加时,可以集中不同胺类化合物的优势,得到最佳的抗老化效果。     

采用回复电压法分析油纸绝缘老化特征量

为将回复电压法用于电力变压器绝缘老化状态的无损诊断,通过实验室加速热老化实验,研究了不同老化程度下油纸绝缘回复电压各参数(回复电压最大值、初始斜率、中心时间常数)的变化规律;考虑到水分对回复电压参数的影响,亦对比分析了老化油纸绝缘试品干燥处理前后回复电压参数的变化.在原有回复电压参数的基础上,提出了一种新的可用于评估油...