绝缘文摘与专利

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/廖瑞金;张爽;杨丽君;等/高电压技术,2012(04)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℃和130℃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℃老化时天然酯浸纸的水分质量分数高于矿物油浸纸,110℃时却相反;两种油的酸值随老化时间增加均增大,     

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。     

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。     

植物绝缘油-纸复合绝缘热老化特性研究

为研究植物油-纸绝缘的热老化产物生成规律和绝缘特性,以植物绝缘油和矿物绝缘油分别与绝缘纸组成油-纸复合绝缘,在110℃和130℃下进行加速热老化试验。结果表明:随着老化时间的延长,两种绝缘油的酸值、糠醛含量、油中溶解气体含量均增加,闪点和界面张力均下降;相同老化条件下,植物绝缘油的酸值、产气量比矿物绝缘油的大,植物绝缘油中糠醛含量少于矿物绝缘油。     

天然酯-普通纸(或热稳定纸)绝缘热老化特性

为研究新型绝缘油天然酯与两种绝缘纸组成的酯-纸绝缘热老化特性,将天然酯-普通纸和天然酯-热稳定纸绝缘试品,在90℃、110℃和130℃下进行了399 d的热老化试验.结果表明:天然酯-纸绝缘中,相同老化条件下,热稳定纸聚合度和稳定聚合度都分别明显高于普通纸;通过热稳定纸中含有双氰胺的红外光谱分析,从官能团角度研究了热稳定纸抑制绝缘老化的两大机制.热稳定纸能吸附较多糠醛;对同一种酯-纸绝缘,糠醛仍可作为衡量变压器中酯-纸绝缘老化程度的参量;对不同绝缘纸的酯-纸绝缘,糠醛含量的差异不能表征它们之间绝缘纸老化程度的差异.研究了这两种不同酯-纸绝缘老化过程中,酯中微水含量变化规律的异同,从而建议使用天然酯的变压器,用热稳定纸作为与之匹配的固体绝缘材料,以利于酯在老化过程中保持较好绝缘性能.     

矿物油与天然酯混合油-纸绝缘热老化光谱及热重特性

为了比较矿物油-纸绝缘和混合油-纸绝缘在热老化过程中光谱和热重特性的异同,对矿物油-纸绝缘和混合油-纸绝缘在110°C进行264d的热老化。运用紫外-可见分光光度法研究了这两种油-纸绝缘不同老化程度的绝缘油,运用傅立叶红外光谱分析了在这两种油-纸绝缘中老化的绝缘纸,通过热重实验分析了这两种油-纸绝缘的热重特性。结果表明:混合油-纸绝缘老化速率小于矿物油-纸绝缘;两种油-纸绝缘中绝缘油紫外光谱特征峰吸收强度急剧增加的时刻相对应;混合油-纸绝缘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;混合油-纸绝缘的热裂解速率小于矿物油-纸绝缘。     

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。     

不同复合热稳定剂对矿物油-改性纸绝缘系统热老化特性的影响

为获得不同复合热稳定剂对矿物油-改性纸绝缘系统热老化特性的影响规律进行了实验研究。从双氰胺、三聚氰胺、尿素和聚丙烯酰胺4种胺类化合物中,挑选出抗老化效果最好的3种组合作为复合热稳定剂,制备改性绝缘纸样品。将改性绝缘纸样品与未添加任何热稳定剂的绝缘纸进行浸油处理后开展了110°C加速热老化试验。试验过程中定期取样测量试品的相关热老化特征参量。试验结果表明:与未改性的绝缘纸样品相比,添加了3种胺类复合热稳定剂的改性绝缘纸的抗老化性能和对应矿物油的工频击穿电压都有了较大提升,对应油中酸值和溶解气体的体积分数也较高;添加了双氰胺+三聚氰胺+聚丙烯酰胺的油纸组合老化后,其绝缘油的相对介电常数最小;3种改性绝缘纸对应的油纸组合老化后,其绝缘油的介质损耗因数在高频区(1～106 Hz)几乎相等,而在低频区(10-2～1Hz)的差值也不甚明显。     

变压器油纸绝缘热老化酸类及铜类产物生成规律分析

为了研究变压器油-纸绝缘热老化过程中酸类及铜类产物的生成规律,以#25变压器油和变压器用普通纤维素绝缘纸组成油纸绝缘试品,通过对变压器油-纸绝缘试品在90°C和110°C下的加速热老化试验,首次分析了绝缘纸中酸类产物质量分数与老化时间的关系,以及绝缘油和绝缘纸中的酸类产物质量分数与绝缘纸老化状态的关系。结果表明:温度越高,绝缘油酸类产物质量分数急剧增大的时刻出现得越早;绝缘纸聚合度下降到某一值后,绝缘油酸类产物质量分数会急剧增大,但绝缘油酸类产物质量分数与绝缘纸聚合度之间不存在量化关系;绝缘纸酸值随老化时间的增加而呈线性规律增加,绝缘纸酸类产物质量分数与绝缘纸聚合度之间遵循指数函数关系;变压器油-纸绝缘试品中铜片的腐蚀程度受老化温度的影响很大,温度越高,铜片越容易被腐蚀。     

天然酯-纸绝缘热老化速度减缓及其原因分析

研究了不同温度下天然酯-纸绝缘中绝缘纸聚合度下降速率、油中微水含量变化趋势,并与矿物油-纸绝缘的试验结果进行对比,初步分析了新型绝缘液体天然酯抑制绝缘纸老化的化学机制和物理机制.通过研究得出,老化温度每升高20℃,绝缘纸聚合度平均下降速率将变为原来的3～4倍;相同老化温度下,矿物油中绝缘纸聚合度平均下降速率是天然酯中绝缘纸聚合度平均下降速率的两倍多;天然酯能通过吸收水分、消耗水分和水解保护等方式减少绝缘纸中水分含量,减缓绝缘纸老化速度;天然酯中水分并不会无限增加,而是能够通过化学反应方式抑制自身水分增加;天然酯通过和纤维素分子中羟基发生酯交换反应抑制绝缘纸热应力下的水解作用.     

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。     

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。     

植物油-纸绝缘的电老化寿命试验研究

植物绝缘油具有高燃点和高闪点，几乎可完全生物降解以及良好的电气性能，是目前国际上重点研究的环保型液体绝缘材料。油纸绝缘结构因其稳定的性能而在电力设备中得到广泛的应用，因此评估植物油-纸绝缘的寿命具有重要意义。采用逐步升压法对植物油-纸绝缘模型进行加速电老化试验，利用双参数Weibull分布对试验数据作统计分析，反幂函数和指数函数拟合试验数据并求得电压耐受系数；同时进行矿物油-纸绝缘模型的加速电老化寿命试验，对比分析了2种油纸绝缘的加速老化性能。试验结果表明，由于植物绝缘油的介电常数比矿物绝缘油的高，使植物油-纸绝缘结构的电场分布比矿物油-纸绝缘结构的均匀，因此植物油-纸绝缘的电老化性能优于矿物油-纸绝缘。     

变压器油纸绝缘热老化特性及特征量研究

对25#变压器矿物油、以BIOTEMP为代表的植物绝缘油、普通牛皮纸和热稳定绝缘纸材料构成的油纸绝缘试品进行了加速热老化实验,对老化过程中绝缘纸的聚合度变化规律及老化特性进行了对比分析,并对油中水分、糠醛含量这两个重要的老化特征参量的变化规律及其与聚合度的相关性关系进行了研究。研究的主要目的是探索新型绝缘材料的老化特性,为传统的老化特征参量应用于新型油纸复合绝缘材料构成的变压器老化诊断提供依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定基础。     

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.     

Research on Life Prediction of Oil-Paper Insulation Based on Dielectric Response

Abstract

The power transformer is an important part of the power grid. The aging of oil-paper insulation is affected by many factors such as temperature and moisture. In order to accurately evaluate the service life of transformer and ensure the stable operation in power system, a method for predicting the lifetime of oil-immersed pressboard under different temperatures and moisture content was proposed. This method is mainly realized by the chemical reaction kinetic equations and transformation factor. Firstly, the effect of temperature and moisture content on the frequency dielectric response of oil-paper insulation was studied by frequency domain dielectric spectroscopy method. The results show that the dielectric loss of oil-immersed pressboard increases with the increase of moisture content and temperature. The activation energy of oil-immersed pressboard also increases exponentially with the increase of moisture content. Then, we analyzed the trend of polymerization degree of insulation pressboard in aging process and calculated the insulation life and the remain lifetime by combining the cellulose degradation kinetic models and translation factor. When the moisture content of the oil-immersed at 70?°C, the life expectancy of oil-paper insulation is about 19.26?years.     

油纸绝缘热老化特性及生成物的对比分析

对由普通25#矿物油、以Biotemp为代表的植物油和普通绝缘纸、热稳定纸组成的4种油纸绝缘试品在90、110和130℃ 3种温度下开展了热老化实验,测量并记录了老化过程中绝缘纸的聚合度、油中糠醛、CO、CO2以及油酸值和微水含量等老化特征参数和变化规律,并首次系统地对比分析了不同绝缘组合的老化特性,探索不同绝缘材料老化生成物的相关性关系,为传统的老化特征参量应用于不同油纸绝缘系统的老化诊断提供了依据,并为拓展变压器寿命预测理论奠定了基础。     

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。     

换油对油纸绝缘热老化特性参数的影响研究

采用矿物绝缘油与牛皮绝缘纸作为试验材料,开展了不同时长的变压器油纸绝缘加速热老化试验,并在不同时刻进行换油操作,以研究换油对油纸绝缘热老化特性参数的影响。