变压器油中腐蚀性硫浓度对绕组绝缘电气性能的影响

为了研究变压器油中腐蚀性硫含量对绕组绝缘性能的危害,通过在变压器绝缘油中添加二苄基二硫(DBDS),以得到三种浓度含腐蚀性硫的绝缘油样品,并将纸包铜绕组浸渍于绝缘油样品中,在130℃下开展加速热老化试验。在不同老化时间取样试品测量相关参数以研究绝缘纸上沉积物的特性、发展规律及其对绕组模型绝缘性能的影响。通过SEM观察铜导线与绝缘纸表面微观形貌变化规律,采用能谱分析技术确定绝缘纸表面沉积物质的元素及含量,利用Keithley6517B测试沉积量对绕组的体积/表面电阻率以及介质损耗参数影响规律。试验结果表明,油中的DBDS含量增加可明显加速铜片表面的腐蚀速度及绕组绝缘纸上腐蚀性物质的沉积,沉积于绝缘纸表面的物质会对绝缘的体积/表面电阻率、介质损耗造成明显的影响。以上研究对深入认识变压器油硫腐蚀机理及有效预防此类事故的发生具有重要意义。     

掺杂纳米Al_2O_3对纤维绝缘纸电寿命的影响及机理

纳米Al_2O_3掺杂能有效提升纤维绝缘纸的热寿命,为进一步探究其对纤维绝缘纸电寿命的影响,在实验室制备了纳米Al_2O_3改性纤维绝缘纸(质量分数为2%的掺杂量)和普通纤维绝缘纸手抄片,均采用矿物油进行真空浸渍后作为对比研究对象。在多样品绝缘材料电老化试验平台上,对两种油浸绝缘纸分六种不同电压开展加速电老化试验,以绝缘击穿失效作为寿命终点,利用电寿命反幂函数模型,分别计算并对比了其寿命指数,并对其介电性能进行测试。结果表明,相较于改性前的油浸绝缘纸,改性后的油浸绝缘纸具有更低的相对介电常数及介质损耗,寿命指数提高了20%,具有更高的抗电老化性能及更长的电寿命。最后,结合改性前后介质中电场分布、介质损耗及传导电流变化,分析了纳米Al_2O_3掺杂对油纸绝缘电寿命的影响机理。     

硫化亚铜对油-纸复合绝缘电场分布及击穿特性的影响

矿物绝缘油中腐蚀性硫与铜绕组在一定条件下会反应生成硫化亚铜(Cu2S),目前该物质被认为是影响变压器/电抗器等大型电力设备绝缘性能的主要因素。通过实验研究发现:绝缘纸表面附有Cu2S后,会导致绝缘纸的介电常数变大,同时工频击穿电压降低;采用Pig-tail模型,通过有限元原理进一步仿真研究了绝缘纸层中渗入不同程度的Cu2S时周围的电场分布情况。结果表明:绕组包覆的绝缘纸层中附有Cu2S后会影响与之相邻的油-纸绝缘层的电位分布,油-纸绝缘层上分布的最大场强增长率与Cu2S在绝缘纸中的渗入程度呈指数递增关系,此外,通过量化分析还得出了绝缘纸层中"允许"渗入Cu2S的"极限百分比"。研究结果为今后准确评估Cu2S对电力设备安全运行的危害及相关寿命预测提供了参考依据。     

腐蚀性硫化物对绝缘绕组局部放电特性的影响

变压器油在特定条件下会发生硫腐蚀现象,所生成的腐蚀性硫化物会影响绝缘绕组性能,进而引发设备故障。文中研究变压器油中腐蚀性硫化物对绝缘绕组局部放电特性的影响,通过对不同腐蚀情况的绝缘绕组试品进行局部放电测试,得到腐蚀性硫化物沉积量对绕组局部放电特征的影响规律。结果表明腐蚀性硫化物的沉积会降低绝缘绕组的局部放电起始放电电压,使得绝缘绕组容易放电,且放电密度与放电重复率与腐蚀性硫化物沉积量成正比。     

变压器油纸绝缘热电联合老化特征量研究

为研究电力变压器油纸绝缘在热、电两种应力作用下的老化特性,搭建了油纸绝缘热电联合老化试验平台,设计了两组在130℃下进行的加速老化试验:一组是单因子热老化试验,另一组为热电联合老化试验。通过对两组老化样本的绝缘纸聚合度、击穿电压、油中微水含量等参数进行对比分析,结果表明,热电联合老化样本绝缘纸聚合度下降速度比热老化样本要快,且在老化初期绝缘纸击穿电压与绝缘纸聚合度呈一定线性关系,与油中水分含量则没有明显的直接联系。     

变压器油中Cu2 S生成规律及影响

变压器油中的腐蚀性硫可对变压器绝缘性能造成不良影响。为研究变压器油中腐蚀性硫对铜导线及油纸绝缘的影响特性,在实验室以某油品（油样1）为主要研究对象（以另一油品（油样2）作为对比）,在130 ℃和150 ℃下进行加速热老化试验。通过分析老化过后的裸铜片、纸包铜片、绝缘纸和油样相关特性的变化,发现油样1具有明显的硫腐蚀性,而油样2没有这一特性;铜片表面及绝缘纸内表面的腐蚀程度随着老化时间的增加而加剧;Cu2S在绝缘纸表面的沉积不仅与腐蚀程度有关,还与老化时间有关;Cu2S的沉积会改变铜片的表面结构、绝缘纸的纤维分布以及油-纸复合绝缘介质的介电特性,沉积了Cu2S的复合介质,其击穿场强大大降低。关于变压器油腐蚀性硫防治措施的研究结果将另行详述。     

变压器油中硫腐蚀对绕组匝间绝缘局部放电特性的影响研究

变压器油中的腐蚀性硫化物会腐蚀铜绕组而在绝缘纸表面产生硫化亚铜沉积物,该沉积物具有导电性。为了研究该物质对绕组匝间绝缘的局部放电特性的影响,将绝缘绕组真空干燥后放入变压器油中进行真空浸油,同时在油中放入不同含量的腐蚀性硫化物,并在实验室条件下对油纸绝缘介质进行加速硫腐蚀试验;腐蚀后对铜绕组展开并观察铜条与绝缘纸表面腐蚀情况;对不同腐蚀程度的油纸绝缘介质进行局部放电测试,记录局部放电起始电压与放电量随相位变化的q-φ谱图,最大放电量与平均放电量随相位变化的H_(qmax)(φ)与_(Hqave)(φ)谱图。结果表明:绕组表面的沉积物为硫化亚铜;油中腐蚀性硫化物浓度越大,绕组被腐蚀的越严重,绕组的局部放电的起始电压越低;腐蚀导致局部放电特性发生变化,放电量变大,放电相位变宽且放电相位更容易发生移动。硫化亚铜物质是引起绕组的局部放电特性发生变化的原因。     

500kV硬质绝缘工具电老化效应的研究

对500kV带电作业硬质绝缘工具进行了工频电压作用下的长期电老化试验研究,观测到了绝缘杆局部区域的放电现象和非均匀性局部发热区,在被击穿的绝缘杆上发现了局部击穿和累积轴向长度超过500mm的内部碳化层。试验研究表明,超高压带电作业绝缘工具在工频电压作用下的电老化现象相当严重,必须考虑绝缘工具性能的长期稳定性和可靠性。建议在带电作业绝缘工具的型式试验和抽样试验中,增加电老化试验,以考核绝缘工具耐电老化性。另还探讨了硬质绝缘工具的电老化击穿模型,并提出了绝缘工具有效寿命(即安全使用期)的新概念。     

基于Nomex混合绝缘系统的长寿命油浸式变压器

为提高油浸式变压器的使用寿命,在分析油浸式变压器寿命主要决定因素及绕组温度分布的基础上,综合考虑性价比,提出采用纤维素绝缘纸和Nomex绝缘纸混合绝缘系统的方法。首先,基于绝缘老化率理论计算及绕组温度场软件计算,得到了2种绝缘纸的温度分界值及最佳使用比例。其次,为验证混合绝缘系统可行性,对其进行了热老化试验,绝缘纸表面扫描电镜表明:老化后纤维素绝缘纸纤维断裂、细胞壁逐渐破裂,机械性能下降,而Nomex绝缘纸纤维没有断裂现象,机械性能保持良好。最后,制造了混合绝缘系统长寿命油浸式变压器样机,样机温升试验光纤测温结果表明2种绝缘纸分界位置温度低于预设的温度分界值。理论分析及试验结果表明采用Nomex绝缘纸的混合绝缘系统可将油浸式变压器寿命提高约50%。     

基于时域介电法的不同材料油纸绝缘特性研究

为研究油浸式变压器中油浸普通牛皮绝缘纸和油浸热稳定绝缘纸的时域介电特性,文中在实验室开展了不同温度下的油纸样品加速热老化试验。通过极化去极化电流法(PDC)获得PDC曲线,根据曲线分析不同类型油纸绝缘在老化过程中的极化特性差异,从PDC曲线中提取电导率并拟合得曲线,探寻能够表征不同类型油纸绝缘老化程度的特征量。结果表明:普通牛皮绝缘纸试样的老化速度快于热稳定绝缘纸,且在老化后期,后者聚合度下降速率变缓更明显;PDC曲线对绝缘材料的变化十分敏感,对于老化时间相同的两种材料,热稳定绝缘纸的极化去极化电流小于普通绝缘纸,且在较高温度时区别更为明显;由电导率拟合曲线得出,老化程度与电导率关系密切,可作为衡量不同油纸绝缘的老化状态的特征量。     

基于铜失重的变压器油硫腐蚀程度定量表征方法

变压器油中腐蚀性硫与铜绕组反应,生成硫化亚铜附着在绝缘纸表面,造成绝缘纸电气性能下降从而引发故障。为实现对变压器油硫腐蚀程度的准确评估,本文提出一种由铜失重来定量表征变压器油硫腐蚀程度的方法。该方法采用砂纸打磨铜片以除去铜片表面氧化膜,然后参照DL/T 285—2012进行老化试验,试验完成后采用稀硝酸除去铜片表面附着的铜氧化物以及铜硫化物,通过比较老化试验前后铜片的质量差来定量表征变压器油硫腐蚀程度。通过添加不同浓度二苄基二硫(DBDS)以及十二硫醇(DDM)的绝缘油样,验证铜失重与变压器油中腐蚀性硫浓度的相关性,并采用实际运行油样验证该方法的有效性。结果表明:铜失重质量与变压器油中腐蚀性硫的浓度具有较好的相关性,油中腐蚀性硫的浓度越高,铜片失重质量越大,该方法能够准确检测出实际运行变压器油的硫腐蚀程度。     

高频电老化过程中油纸绝缘表面电荷积聚消散特性

随着电力电子器件朝着高频率、大功率、轻量化发展,高频成为导致高频变压器绝缘失效的重要原因之一。搭建了高频电老化实验系统,采用表面电位衰减法测量了不同电老化程度油纸绝缘表面电荷积聚与消散特性。结果表明,随着施加频率的增加,绝缘纸表面积聚电荷量下降,电荷衰减率呈先上升后下降的趋势。高频老化后,油纸绝缘表面电荷积聚与衰减率随老化程度的增加而下降。频率小于5 kHz时,绝缘纸表面高频致热效应起主导作用,频率大于5 kHz时,高频导致的电荷耗散时间起主导作用,导致表面电荷衰减率呈先上升后下降趋势。随着高频电老化程度的增加,油纸绝缘初始电子产生概率下降。探明表面电荷积聚与消散特性为揭示高频下油纸绝缘电老化机制提供了理论基础。     

高压交流套管的油纸绝缘热老化特性及寿命模型研究

为研究高压交流套管的油纸绝缘热老化特性,用套管用绝缘油、绝缘纸及铝箔纸自制成样品并分别在90℃、100℃、130℃三种温度下进行加速热老化。对热老化过程中反映油纸绝缘材料样品老化状态的理化特征参数进行测试与分析。同时,对套管缩比模型在100℃进行电热联合老化实验,测试分析其在老化过程中相应的介电响应曲线,测试套管在绝缘失效并解体后的绝缘电气/理化参数。结果表明:对于套管的多层油纸屏障结构,最外层油纸绝缘是套管绝缘特性的薄弱点。油纸材料样品与套管缩比模型在老化过程中最外层绝缘纸的聚合度下降速率均最快,内层较慢,分析认为水分和油酸在各层间的分布规律是导致该现象的主要原因;相比传统的工频电容值,低频段对应的电容值对绝缘状态变化反映更为灵敏。以油纸绝缘材料样品最外层绝缘纸的聚合度随温度与时间变化数据为依据,建立了套管油纸绝缘热寿命模型,并初步验证了该模型的有效性。     

变压器油纸绝缘绕组过载条件下的热老化试验方法研究

油浸式电力变压器在超过铭牌额定值运行时,绕组导体发热量增加,绝缘纸由于温度上升而发生热老化,缩短其使用寿命。传统试验采用加速热老化研究油纸绝缘材料的热老化速率以获得热寿命模型。变压器实际运行中,由于绕组结构及绝缘油的流动散热作用,绕组绝缘纸层间温度场并不均匀,且绝缘油温度也低于绕组热点温度。采用传统的整体加热方式,将会由于绝缘油在高温下性能的快速劣化而使试验结果严重偏离实际情况。该文提出了一种新的绕组油纸绝缘热老化试验方法,采用电流发生器产生电流使绕组发热,将安放于绕组上的温度传感器信号反馈至电流发生器的调压装置,以控制输出电流的大小,从而获得试验所需的恒定老化温度。基于该试验平台开展了绕组油纸绝缘加速热老化试验,测试了老化过程中绝缘纸的聚合度变化规律。结果表明,与传统的加速热老化方法相比,该文提出的加速热老化试验方法不但更贴近变压器运行的实际情况,而且可以在同一个容器中,同时实现多个温度下的加速热老化试验,大大节省了老化所需的时间及成本。     

铜对不同组合变压器油纸绝缘系统热老化特性的影响

针对近几年国内外出现的一种新的绝缘故障--铜类产物在绝缘纸表面的沉积引起高压绕组、套管等油纸绝缘装置失效,为了掌握铜对油纸复合绝缘系统热老化特性的影响规律,利用#25环烷基绝缘油、#25石蜡基绝缘油、普通绝缘纸、电工用铜组成含铜与不含铜的4种油纸绝缘试品,在110℃和130℃下进行热老化对照试验.分析了老化过程中绝缘油...     

变压器绝缘纸材料的老化力学特性研究

变压器绝缘老化的负面影响主要是绝缘力学性能下降,一旦遭受外部短路冲击,绕组线圈极可能发生形变,导致变压器丧失绝缘能力,最终引起变压器故障.本研究基于材料力学理论,针对绝缘纸材料结构特点,建立绝缘纸材料力学分析模型.结合绝缘纸材料老化机理及其影响因素,搭建绝缘纸材料力学特性试验平台,利用循环载荷下的应力应变曲线,开展不同老化程度下绝缘纸材料的力学特性试验研究,获得绝缘纸老化力学特性.结果表明:多次循环载荷作用下绝缘纸材料的塑性基本消失,不同老化时间下的绝缘纸可以被近似简化为弹性材料.     

高压并联电抗器匝间绝缘纸击穿特性研究

为研究高压并联电抗器匝间绝缘纸的击穿特性,搭建测试试验平台,测试匝间绝缘纸的击穿电压,同时研究温度对匝间绝缘纸击穿特性的影响。采用威布尔分布分析击穿电压数据,获取了匝间绝缘纸在不同温度下的失效规律。结果表明:温度升高降低了绝缘纸的击穿电压,且在较高温度下,击穿电压下降更快。此外,高温下测试击穿电压的数据分散性较大,增大了绝缘失效概率。     

变压器耐高温型匝间绝缘材料的放电特性研究

变压器匝间绝缘长期处于不均匀电场下,既是绕组绝缘结构中最薄弱的环节之一,也是电力变压器绝缘设计的重点。为此以Nomex绝缘纸、改性DMD绝缘纸、PET薄膜以及聚酰亚胺薄膜等耐高温型绝缘材料为研究对象,在0～20kV正弦波电压下开展了固体匝间绝缘材料的放电特性实验,利用V-t特性曲线对比各种绝缘材料的击穿特性,通过沿面闪络实验探究放电间距对沿面闪络电压的影响规律,并采用双参数Weibull统计方法计算待测材料绝缘失效的Weibull分布密度表达式,为电力变压器匝间绝缘材料的合理选取提供依据。实验测试及理论分析的结果表明,在不均匀电场下,薄膜材料的击穿场强远高于绝缘纸,但同时其电老化速率也较高;沿面闪络电压随放电间距的变化规律与材料类型的关联性较大,纤维类绝缘纸闪络电压呈近似线性变化;四种绝缘材料的闪络电压远低于各自的绝缘击穿电压,且呈现出较大分散性,利用Weibull分布密度表达式可有效估算绝缘失效率,上述研究为电力变压器的耐高温型匝间绝缘材料的寿命预测提供了理论支持。     

变压器油中酸与抗氧化剂协同作用对油硫腐蚀的影响

为了研究变压器油中酸与抗氧化剂2,6-di-tert-butyl-p-cresol(DBPC)协同作用下对油硫腐蚀的影响,在含有腐蚀性硫化物DBDS的变压器油中加入抗氧化剂DBPC与两种不同类型的酸,并在氮气环境下对油纸绝缘进行加速热老化。老化后对铜绕组进行展开并观察铜条与绝缘纸表面的腐蚀沉积;采用气质联动仪(GC-MS)对油中剩余DBDS含量进行测量;利用Arrhenius方程计算酸作用下的腐蚀性硫化物腐蚀铜绕组的活化能。结果表明:酸能加剧铜表面的油硫腐蚀程度;抗氧化剂DBPC在一定程度上能减缓铜表面的腐蚀,氮气环境下绝缘纸表面几乎不存在沉积物。采用Arrhenius方程计算得到油硫腐蚀铜绕组所需的活化能为88.37 k J/mol,酸作用下油硫腐蚀铜绕组所需的活化能相比下降了30.64%。酸的存在使得腐蚀性硫化物腐蚀铜的化学反应更易进行。     

局部放电对脉冲电容器的绝缘老化及其失效的影响分析

为了研究电容器的寿命与其工作可靠性的关系,笔者通过对脉冲电容器进行充放电老化试验,并对处于不同寿命阶段的电容器进行直流局部放电测试,得到最大放电量、平均放电量和平均放电重复率随寿命变化的曲线;借助电子显微镜观察处在不同老化寿命阶段电容器薄膜的表面微观形貌,分析充放电老化试验对其微观形貌的影响。最后结合电容器实际击穿情况,分析总结了导致脉冲电容器局部放电性能变化以及老化击穿的因素,指出电极边缘区域存在的局部绝缘缺陷是电容器失效的主要原因。