植物绝缘油纸浸渍模型与试验研究

植物绝缘油已成功应用于配电变压器中,但尚未在更高等级电力变压器中得到应用。由于植物绝缘油的粘度比传统矿物油的粘度更高,有必要研究植物绝缘油在厚纸板中的浸渍特性。在分析油纸绝缘浸渍机理的基础上,设计菜籽绝缘油油纸绝缘浸渍试验模型,讨论影响油纸绝缘浸渍过程的主要因素,通过试验得到菜籽绝缘油油纸绝缘浸渍长度随时间的关系曲线,并与矿物油纸绝缘浸渍长度与时间的实测曲线和理论计算曲线进行对比分析。研究结果表明,通过提高浸渍温度,植物绝缘油油纸绝缘的浸渍效果可以达到矿物绝缘油的标准。     

植物绝缘油研究现状

综述了国内外植物绝缘油的应用与研究现状,分析比较了植物油与矿物油的性能,结合近年来的最新研究成果,详细阐述了植物油的各种优点、不足及解决办法,同时提出了今后的研究发展方向,进一步肯定了植物绝缘油替代矿物油的可行性。     

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.     

矿物油变压器注换两种酯类绝缘油的研究

本文主要研究了传统矿物油变压器注换酯类绝缘油包括天然酯及单酯绝缘油的可行性问题,首先研究了两种酯类绝缘油与矿物油混合后的常规电气、理化特性,在此基础上,分别使用两种酯类绝缘油对两台10 kV矿物油变压器进行注换,并测试注换前后变压器的整体特性。结果表明：使用单酯绝缘油注换矿物油变压器后,变压器的温升有所降低,对地电容提...     

矿物油和天然酯混合绝缘油的 理化特性和击穿电压研究

利用天然酯具有很高水饱和度等优良特性,将矿物油和天然酯混合,使两者优势互补,并结合其他研究方法研制出击穿电压更高、氧化安定性更好和环保性更好的新型绝缘油。通过正交设计试验,用萃取方法降低混合油中酸值,提高混合油PH值和工频击穿电压;用压力差式扫描法筛选出适用于新型绝缘油的优良抗氧化剂,并研究了抗氧化剂的合适添加比例。最后,分析了新型绝缘油在多个不同温度下运动黏度;并用五日生化需氧量法证明了新型绝缘油比矿物油的生物降解性更好。     

植物绝缘油-纸板与矿物油-纸板的加速热老化寿命对比研究

为对比研究植物绝缘油-纸板和矿物油-纸板体系的绝缘老化寿命,先在170℃进行加速热老化对比试验,再根据植物油变压器特有的温升情况,将植物油-纸板体系和矿物油-纸板体系分别在150℃和140℃条件下进行加速老化对比试验,并对经过不同老化试验后的纸板的外观、聚合度及SEM微观结构进行比较分析。结果表明:在170℃下经过1 000 h热老化即等效20年自然老化后,矿物油中纸板结构受到严重破坏,相当于变压器寿命已到晚期,而植物油中纸板结构保持比较完整,聚合度仍在500以上,相当于变压器寿命只到中期;植物绝缘油中纸板体系在150℃条件下的热老化速度比矿物绝缘油-纸体系在140℃条件下的热老化速度慢,进一步说明植物绝缘油-纸板体系比矿物油-纸板体系的寿命更长。     

酯交换工艺对植物绝缘油运动黏度的影响

植物绝缘油是一种环保型高燃点绝缘油,其具有与矿物绝缘油相当的电气性能,但运动黏度大于矿物绝缘油。本研究以植物绝缘油为原料,在催化剂NaOH和乙醇的作用下,研究酯交换反应制备低黏度绝缘油的工艺条件,并考察酯交换反应条件对植物绝缘油运动黏度的影响。结果表明：在乙醇与植物绝缘油的摩尔比为6∶1,反应时间为1 h,反应温度为70℃,NaOH质量分数为0.5%时产物运动黏度可达到5.81 mm2/s,与矿物油相近。在催化剂质量分数不超过0.5%时产物的运动黏度与催化剂用量呈反比关系,并可以通过控制催化剂用量,制备不同运动黏度的植物绝缘油。     

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。     

矿物油与植物油对绝缘纸热老化特性的影响研究

为研究植物绝缘油与矿物绝缘油中绝缘纸的老化特性,分别将FR3植物油和25~#矿物油与绝缘纸组成油纸绝缘组合,在130℃下开展人工加速热老化试验。分析两种油中老化绝缘纸的介电特性、微观结构以及拉伸强度。结果表明:随着老化时间的增加,绝缘纸的介质损耗因数(tanδ)和相对介电常数(ε_r)均呈下降趋势;相同老化时间下,相较于矿物油中的老化绝缘纸,植物油中的老化绝缘纸纤维结构保持更为完整,拉伸强度保持更好,植物绝缘油能在一定程度上延缓绝缘纸的老化进程。     

植物绝缘油析气性研究

随着植物绝缘油逐渐应用于大型电力变压器中,其析气性成为一个关键技术指标。根据标准GB11142—1989搭建了析气性试验装置,测试了山茶油、菜籽油、FR3、PFAE、矿物油5种绝缘油的析气性,并基于甘油三酯分子结构讨论化学键对植物绝缘油析气性的影响机制。结果表明:植物绝缘油的析气倾向值均小于矿物绝缘油的析气倾向值,其中FR3的析气倾向最好。碳碳双键和碳氧双键中的π键具有较高的活性,在电场作用下容易发生加氢反应,是影响植物绝缘油吸收氢气的主要因素。     

层压纸板浸天然酯绝缘油和矿物油的对比研究

根据天然酯绝缘油和矿物油的物理及化学特性差异，制定了层压纸板浸天然酯绝缘油和矿物油对比研究方案，确定了在60℃热油状态下进行恒温浸油的试验方法。通过试验，获得了在相同条件下干燥后的层压纸板浸天然酯绝缘油和矿物油时的浸油速度及吸油率的差异，为500kV天然酯绝缘油变压器制定浸油工艺处理时间提供了数据支撑。     

正负极性雷电冲击作用下棕榈油绝缘油的流注传播和击穿特性试验研究

相比于矿物油,天然酯绝缘油具有生物降解性高、无毒、耐火性强等优点,具有替代电力变压器中矿物绝缘油的潜力。本研究建立了一套包括高速图像采集系统、试验电源以及电信号测量系统的绝缘油雷电冲击放电特性试验系统,针对较为常见的棕榈油绝缘油和电力变压器中常用的矿物油,进行正、负极性雷电冲击放电特性试验研究。对比分析正、负极性雷电冲...     

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。     

棕榈油脂肪酸酯绝缘油变压器的特性分析

对比分析了棕榈油脂肪酸酯绝缘油、矿物绝缘油、植物绝缘油的基本参数及其绝缘模型试样的局部放电起始电压,采用有限元分析软件分析了3种绝缘油中变压器绕组的温升特性。结果表明:棕榈油脂肪酸酯绝缘油的理化、电气特性均可满足较高电压等级电力变压器的要求,而且其运动黏度低,介电常数高,可以实现变压器的小型化设计;棕榈油脂肪酸酯绝缘油中绝缘模型试样的局部放电起始电压高于矿物绝缘油中绝缘模型试样;应用棕榈油脂肪酸酯绝缘油的变压器温升特性优于传统矿物油变压器。     

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。     

成果展示

天然酯（植物）绝缘油是专门针对传统油浸式和干式变压器而研发的。天然酯（植物）绝缘油理化及电气性能优良,与矿物油相比碳排放量降低95%以上,用于变压器产品后,可使变压器长期过载倍数高达1.5~1.7,使用寿命最少延长50%。     

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。     

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。     

植物绝缘油纸匝间绝缘的电气性能研究

本研究搭建了匝间绝缘试验平台,并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明：在工频电压下,植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘;在操作冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略高于矿物油纸绝缘;在负极性雷电冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略低于矿物油纸绝缘。考虑到不同规格导线匝间绝缘的击穿电压存在差异,为指导植物绝缘油变压器的匝间绝缘设计,基于试验结果,采用有限元法对矿物油纸匝间绝缘和植物油纸匝间绝缘的场强进行仿真计算,结果表明击穿电压下矿物油纸匝间绝缘的最大场强高于植物油纸匝间绝缘。     

数值仿真分析在500kV天然酯绝缘油电力变压器热点温升研究中的应用

本文笔者对500kV天然酯绝缘油与矿物油变压器进行数值模拟,通过施加与温度变化密切相关的绝缘油物理参数,对天然酯绝缘油与矿物油的油流温升进行了对比。计算发现不同冷却介质下绕组热点温升位置不同,后期通过温升试验进行了验证。