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。     

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。     

一种油浸式电力变压器纸绝缘老化评估新特征量

针对油中糠醛含量随变压器运行时间变化的分散性较大,难以准确评估油浸式变压器纸绝缘老化状态的不足,对甲醇、乙醇等低分子醇作为变压器纸绝缘老化评估新特征量进行了理论分析与实验研究。对绝缘纸的老化机理以及化学键断裂进行分析,从理论上探究甲醇、乙醇等低分子醇的产生原理及主要生成途径。采用气相色谱-质谱联用法对现场2台老旧变压器绝缘油样品中的甲醇、乙醇及糠醛含量进行了测定。实验结果表明,2组样品中均未检测到糠醛,但却检测到数量可观的乙醇。进一步地,对现场2台刚投运变压器的检测结果对比分析,分析结果揭示了乙醇可以作为一种有效表征变压器绝缘纸老化的新特征量,且比糠醛特征量相比更为有效。     

温度、水分、老化对变压器油中糠醛及绝缘纸老化评估的影响和修正

为修正温度、水分和老化对变压器油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响,该文在实验室条件下进行了加速热老化、吸潮和恒温平衡实验,制备出3种温度、4种老化程度和5种含水量组合的60组油纸绝缘样品。分别检测油、纸中的糠醛含量,计算糠醛在油纸间的分布比例,分析了温度、水分和老化对油中糠醛分布的影响并建立定量模型。研究结果表明,运行温度、绝缘含水量、老化程度的差别均会改变糠醛在油纸间的分布比例,导致油中糠醛含量的变化。油中糠醛比例与温度、水分含量正相关,与绝缘纸聚合度负相关。此外,建立了糠醛–聚合度方程,引入油中糠醛分布定量模型,结果表明该模型能够有效修正糠醛分布对绝缘纸老化评估的干扰,提高绝缘纸老化评估的准确性。     

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.     

油中糠醛分析在变压器寿命评估中的应用

电力系统中许多变压器在运行多年后,其绝缘纸经过热的长期作用往往会出现失去弹性、机械强度下降等老化现象,油中糠醛分析是诊断变压器纸绝缘老化的有效方法和判断绝缘纸老化程度的重要指标。文章介绍了液相色谱对绝缘油糠醛分析方法的依据,并建立了分析方法,同时对江西电网运行15年以上的部分220 k V变压器、电流互感器糠醛含量进行了普查、分析和评价。通过数据表明测试糠醛的必要性。     

运行变压器油中糠醛含量判断纸绝缘老化的研究

为了保证更换前变压器不出现设备异常,确定设备老化状态是极其重要的。通常认为,糠醛是仅由固体绝缘老化产生的特征产物,变压器中固体绝缘主要为绝缘纸(板)。文中通过对湖南电网135台运行变压器油中糠醛含量与运行年限的分析,讨论运行变压器中糠醛含量判断纸绝缘老化的可靠性、存在的问题以及改进的方法。     

不同油纸复合绝缘老化糠醛生成规律

为研究不同绝缘组合材料老化糠醛生成的规律特点,通过不同油纸复合绝缘在3种温度下276d的老化试验,对不同温度同一绝缘组合、同一温度下不同绝缘组合的油中糠醛质量浓度随老化时间的变化情况进行了研究;对不同绝缘系统油中糠醛与绝缘纸聚合度DP的关系进行了比较分析。结果表明,不同绝缘系统的油中糠醛质量浓度随老化时间增加而增加;不同温度下各绝缘系统油中糠醛质量浓度由多到少的顺序为:#25普通变压器油与普通绝缘纸组合,BIOTEMP油与普通绝缘纸组合,#25普通变压器油与Munksjo热稳定纸组合,BIOTEMP油与Munksjo热稳定纸组合;温度对各绝缘系统油中糠醛质量浓度的影响也有同样的顺序;各组合下油中糠醛与DP有较好的线性关系;不同绝缘系统的油中糠醛产生速率与温度满足Arrhenius方程。     

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。     

蒙脱土改性热稳定纸的制备及热老化特性研究

为改善现有纸改性方法的不足及研究蒙脱土(MMT)和热稳定剂对绝缘纸性能的综合影响,制备蒙脱土改性热稳定纸、普通绝缘纸,分别和矿物油组成油纸复合绝缘样品,在110℃老化箱中进行热老化试验。记录了在热老化期间绝缘纸和矿物油的主要特征参数及其变化规律,系统分析了添加物对纸和油老化特性的影响机理。研究结果表明:蒙脱土与胺类化合物的共同作用使改性纸兼具高击穿强度和抗热老化性能,改性纸使矿物油击穿电压有所升高。胺类化合物通过消耗水和小分子酸而延缓绝缘纸老化的作用得到试验结果印证,而经改性的蒙脱土与纤维素在纳米尺度上的复合作用可能是绝缘纸击穿电压上升的关键原因。     

油纸绝缘热老化行为及纤维折射率演变规律

对绝缘纸热老化行为及其纤维素纤维折射率在热老化过程的演变规律进行了探究.分别在120℃和130℃下对油纸试样进行加速热老化试验,测得了不同老化时期的聚合度、糠醛含量、碳氧气体含量等特征量,探究其变化规律.根据试验中绝缘纸结晶度的变化趋势,对其折射率变化情况做出合理推论,并通过阿贝折光仪进行进一步分析.最后基于色散染色法,探究热老化时油纸纤维素纤维折射率的演变规律.结果表明:随着老化的进行,聚合度下降,糠醛含量、碳氧气体含量上升,绝缘纸的折射率和结晶度均变大,油纸纤维素纤维折射率也变大.可以考虑将纤维素折射率作为评估绝缘纸老化的新特征量.     

绝缘油中抗氧化剂DBPC对油纸绝缘老化速率及糠醛生成特性影响研究

二叔丁基对甲酚(DBPC)是绝缘油最常用的抗氧化剂,试验发现绝缘油中DBPC的添加量会影响绝缘纸老化速率和糠醛的产生。为确定DBPC对油纸绝缘系统老化及糠醛产生的影响,在实验室条件下使用添加不同浓度DBPC的绝缘油与绝缘纸组成油纸绝缘样品,在130℃下进行恒温老化。通过定期对绝缘纸的聚合度、绝缘油中糠醛含量以及绝缘纸中糠醛含量进行测量,分析抗氧化剂对绝缘纸老化、糠醛产生及糠醛评估变压器老化的影响。得出如下结论:绝缘油中添加抗氧化剂会加速绝缘纸的老化,建议工程中在能达到抗氧化性能的前提下降低绝缘油中抗氧化剂的添加比例,待DBPC部分消耗后勤于补加;DBPC会使绝缘纸老化到相同程度时糠醛产量提高,并且油中抗氧化剂添加量越大糠醛产量越多,因而建议运用糠醛评估变压器老化时需要区别变压器油中是否添加抗氧化剂或者考虑抗氧化剂的大致含量。油中添加DBPC后酸值增加,DBPC在高温下电离出的氢离子是绝缘纸加速老化和糠醛产量提高的主要原因。     

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。     

微量硫化物对变压器油纸绝缘热老化特性的影响

针对变压器出现的硫腐蚀故障,利用添加不同浓度的二苄基二硫(DBDS)或十二硫醇的变压器油、普通绝缘纸和铜片组成试品,在130℃下进行加速热老化实验,研究不同硫化合物对油纸绝缘系统热老化特性的影响。对实验过程定期取样,观察铜片表面颜色变化,并测量试品老化过程中绝缘纸聚合度、油中糠醛、油纸中酸值、油中微水质量分数以及油中溶解气体随老化时间的变化情况。研究结果表明,油中DBDS和十二硫醇浓度越高,绝缘纸降解速率和油中糠醛含量以及纸中酸值、油中水分的波动幅度越大,铜片腐蚀程度越严重,且铜片的腐蚀程度与氧气含量有关。添加十二硫醇的油样中,油中酸值随其浓度增大而增大;在添加DBDS的油样中,低氧时,油中酸值随DBDS浓度增大而增大,而高氧时,油中酸值随DBDS浓度增大先减小后增大。油中不同浓度的DBDS和十二硫醇对油纸绝缘系统老化产气特性表现为不同程度的促进作用。     

油纸绝缘热老化特征参量的多元统计分析

为了得到聚合度与老化特征参量的内在关系,首先对由克拉玛依#25变压器油与普通变压器绝缘纸组成的油纸绝缘试品在90、110和130°C下开展加速热老化实验,并定期取样测量绝缘纸聚合度和油中糠醛体积分数、油中溶解气体体积分数、油中微水质量分数及油中酸值等老化特征参量。然后,引入多元统计分析学中的逐步回归分析和因子分析方法对油纸绝缘热老化的各种特征参量进行了分析。对实验数据的逐步回归分析结果表明,油中糠醛体积分数的对数值与表征油纸绝缘老化状态的绝缘纸聚合度具有较好的线性关系,油中酸值次之,其他老化特征参量与聚合度没有明显的线性关系。因子分析结果表明油纸绝缘热老化特征参量可以压缩为2个主成分因子,新的主成分因子不仅物理意义明确,而且均与绝缘纸聚合度有较好的指数关系。     

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。     

换油对变压器油中糠醛含量和绝缘纸老化评估的影响及修正

为研究现场变压器换油后油中糠醛的变化规律及换油对使用油中糠醛评估绝缘纸老化的影响,在实验室对油纸绝缘样品进行130℃加速热老化,在老化的前、中、后期分别换油,对比换油前、后油中糠醛的含量。结果表明,换油后,油中糠醛大量损失;换油前、后油中糠醛含量的差值随老化时间的加长而逐渐减小;不考虑换油,直接使用油中糠醛评估绝缘纸老化会使评估结果偏高,误差在换油后初期尤其显著。定义在相同的老化时间换油后与换油前油中糠醛的比例为修正函数,研究了修正函数的变化规律,并用其对换油后油中糠醛进行修正。结果表明,使用修正函数可以有效改善换油后绝缘纸老化程度的评估效果。研究了修正函数向现场运行温度推广的方法,以利于现场变压器换油后的糠醛修正。     

基于DSP的变压器绝缘油糠醛在线监测系统设计

作为电网中重要设备之一,电力变压器的正常工作与否直接影响电网的安全稳定运行。油浸式变压器固体绝缘老化的重要特征是绝缘纸老化裂解产生糠醛,因此监测油中糠醛含量可以有效判断变压器绝缘老化的程度。笔者介绍了油中糠醛含量测定的红外光谱分析方法,设计了一种基于DSP处理器与变压器油红外光谱分析法的绝缘寿命在线监测系统,说明了该系统的整体结构、工作原理及软件组成。     

基于鲸鱼优化-长短期记忆网络模型的机-热老化绝缘纸剩余寿命预测方法

换流变压器作为特/超高压直流输电系统中的关键设备,对变压器用绝缘纸剩余寿命进行有效预测,可为换流变压器的运行维护提供一定的理论依据,鉴于此,提出一种基于鲸鱼优化算法（WOA）和长短期记忆网络（LSTM）的预测方法。首先,结合绝缘纸加速机-热老化实验及试样的机械、电气性能指标和对应裂解产物的糠醛含量,由主成分分析法（PCA）对聚合度、糠醛含量和特征频率下介质损耗因数等表征绝缘纸老化的多特征量进行融合;获得综合评估指标与绝缘纸抗张强度间的量化关系,并依此将绝缘性能优良和严重劣化时对应的抗张强度分别作为正、负理想值;进一步构建贴近度构造退化指标序列并将其作为模型输入。然后,利用鲸鱼优化算法对长短期记忆网络的关键参数进行寻优。最后,构建WOA-LSTM模型对绝缘纸剩余寿命进行预测。研究表明,所提出的WOA-LSTM模型既纳入了可表征绝缘纸老化状态的多个特征量,亦可显著提高剩余寿命的预测精度,为换流变压器绝缘系统安全稳定运行提供有力保障。     

一种抗老化绝缘油对绝缘纸热老化影响及原因分析

通过在90℃和110℃下的264天的热老化试验,研究了所研制的抗老化绝缘油和纸组成的油-纸绝缘热老化特性,包括油的颜色、糠醛浓度、微水含量以及绝缘纸聚合度、纸中酸值等重要参数的变化规律,结果表明该油既能提高油本身的抗老化性能,又能明显抑制绝缘纸老化,并提出了所研制的抗老化油的抗老化机制。该文首次在分子层面上提出抗老化油具有束缚水分子的作用;用红外光谱证明了该油通过酯交换反应抑制绝缘纸热应力下的水解作用;首次提出了酯交换反应和酯中羰基氧原子与水分子形成氢键具有联合抗老化能力。