电场对绝缘纸中水分扩散特性的影响

水分和电场是绝缘纸老化的两个重要因素。长期以来水分对绝缘纸的老化作用研究都采取宏观试验的方法,而对电场作用的数值模拟主要是采用Ansoft、Ansys、Matlab等电气专业的仿真软件。但这两种方法都不能反映材料的微观物化过程。本文采用材料分析软件Material Studio分别对不同电场作用下绝缘纸晶面及无定形区的水分的扩散进行了分子动力学模拟。研究结果表明:电场的极化作用会束缚水分子在绝缘纸晶区表面的扩散,使其扩散系数减小,并表现出在X、Y和Z方向的差异性;电场还会使纤维素晶面和水分子的相互作用能增加,纤维素亲水性增强,这在一定程度上影响水分扩散系数的方向性。相比较而言,水分在纤维素无定形区的运动受电场影响规律性较差。     

我国耐高温非纤维素绝缘纸的现状和发展动向

绝缘纸是一种采用造纸工艺生产并广泛应用于变压器、电容器、电机、电线电缆等电气装备中的重要绝缘材料,按其组成可分为纤维素纸和非纤维素纸两大类.随着我国电力工业的持续发展,电机等用电设备逐步向高效小型化方向发展,故对绝缘纸的各项性能尤其是耐高温性能提出了更高的要求,纤维素纸虽然历史悠久,但耐热性不高,已无法满足耐热等级F级以上电气绝缘系统的使用要求,因此耐热性更高的非纤维素纸异军突起.本文简要介绍了我国各类耐高温非纤维素绝缘纸的研发历程、性能特点、主要用途、生产现状及发展动向.     

变压器绝缘纸热老化降解微观机理的分子模拟研究

基于原子水平的分子模型模拟分子的结构与行为,将有助于更深刻地分析变压器绝缘纸热降解的各种复杂现象的微观机理。为此,利用分子动力学(MD)方法与密度泛函理论(DFT)建立了绝缘纸纤维素的降解模型。采用COMPASS力场对绝缘纸纤维素分子在热场作用下的微观降解过程进行了分子动力学模拟研究。并结合原子力显微镜(AFM)观测分析了实验的绝缘纸热降解特性。模拟结果表明纤维素分子主链的β-1-4糖苷键连接处最易发生断裂,直接导致其聚合度降低,热对纤维素的降解很大程度上影响了绝缘纸的聚合度水平。分子模拟结果与实验实测结果比较相符。     

电力变压器用纤维素绝缘纸物理改性的研究进展

绝缘纸的性能决定了电力变压器的可靠性和寿命,为了保障变压器安全可靠运行,本文结合国内外文献及相关研究成果,从纳米粒子改性和热稳定剂改性阐述当前采用物理改性技术提升绝缘纸性能的研究现状,分析两种改性方式的利弊,探究经济可行的电力变压器用纤维素绝缘纸改性方法,从本质上提升变压器运行可靠性。     

纳米改性低介电常数纤维素绝缘纸的研究进展

随着输电电压等级的提升,对电力变压器绝缘运行可靠性提出了更高要求。为了降低电力变压器纤维素绝缘纸的介电常数并提升其整体性能,保障电力变压器的安全可靠运行,本文结合了国内外相关研究成果,总结了纳米改性低介电常数纤维素绝缘纸的改性方法及其研究现状,分析了改性绝缘纸的电气特征与研究局限性。其中,纳米Al₂O₃具有较好的改性效果,工频击穿场强提高了12.75%,抗张强度增加了14.13%,介电常数从2.71降至2.21。然而,一种具有介电常数和介电损耗低、机械性能好、耐高温、抗老化、成本低、环保等特点的纤维素绝缘纸制备方法仍有待探索。本文可为今后进一步研究低介电常数纤维素绝缘纸提供参考。     

纤维素老化对矿物油浸绝缘纸中 水分扩散的影响

纤维素老化对绝缘纸吸湿性能具有显著的影响,为了能够更有效地评估绝缘纸中的水分含量,该文针对纤维素老化对绝缘纸中水分扩散的影响进行了研究。首先,通过试验材料处理及测试得到了不同温度、不同厚度下油浸绝缘纸中暂态水分;然后,基于Fick第二扩散定律及有限元仿真模型提取得到了不同老化油浸绝缘纸的水分扩散系数及平衡时间常数;最后,研究了纤维素老化对扩散系数及平衡时间常数的影响,在研究温度范围内,得出扩散系数的经验表达式。研究结果表明,随着绝缘纸老化程度的加深,在相同温度下,绝缘纸水分吸收速率上升,稳态水分含量降低,水分平衡时间降低。     

水分对绝缘纸微观特性影响的分子模拟研究

结合分子动力学(molecular dynamics,MD)和半经验量子力学(semi-empirical quantum mechanics,DFT)的分子模拟方法,研究了水分对绝缘纸微观特性的影响。采用Theodorou提出的高聚物无定形区建模方法,建立了绝缘纸纤维素无定形区模型,计算了纤维素无定形区的力学常数、氢键和Mulliken布居数。结果表明:绝缘纸纤维素体系中加入的水分子主要通过破坏纤维素分子间的氢键网络,导致纤维素机械强度的降低,而纤维素分子内氢键对拉伸强度影响并不显著;水分会引起吡喃环上化学键强度变化,开环的热解引发键始终为C—O键;水分会导致纤维素糖苷键化学强度降低,促进糖苷键断裂引起的纤维素降解老化;水分子能够与纤维素链上的羟基形成氢键作用,对相应化学基团羟基和氢基的脱落产生一定的影响。     

绝缘纸中空间电荷效应的模拟研究

为明晰空间电荷对油纸绝缘纸板中电场强度的畸变效应、纸板老化状态与空间电荷的作用机制,采用双极性载流子输运模型,对不同老化状态的绝缘纸板中的空间电荷特性进行数值模拟。对于同一老化状态下的绝缘纸板施加直流电压时,纸板中会出现同极性电荷积聚现象,且正极性电荷的分布范围较负极性显著变窄;随着加压时间的增加,纸板中的电场畸变率呈增大趋势。当绝缘纸板老化程度加深时,其陷阱密度和深度均会增加,致使空间电荷在纸板的近电极侧大量积聚,进而削弱纸板和电极边界处的电场强度,加剧纸板内部的场强畸变;且绝缘纸板老化愈严重,空间电荷对电场的畸变作用愈突出,使得绝缘纸板加速老化,容易诱发绝缘击穿故障。研究结果可为变压器油纸绝缘设计提供参考。     

基于交流电场下空间电荷检测技术的变压器绝缘纸老化研究

针对在运20年的发生绝缘故障的110kV变压器,在交流电场下利用高分辨率的空间电荷检测装置进行了故障诊断,并通过变压器解体检查验证了利用空间电荷检测技术进行油纸老化测量的可行性.     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆中间接头内电场分布的影响

为改善交联聚乙烯（XLPE）绝缘高压直流电缆中间接头内的电场分布,通过添加纳米填料制备了用于制作电缆接头应力控制体的非线性硅橡胶复合材料。建立了高压直流电缆接头仿真模型,测试了各绝缘材料的电导特性,计算了电缆接头内的电场分布。研究结果表明,70 ℃时在各场强下未改性硅橡胶的电导率都小于高压直流电缆XLPE绝缘,故电缆接头内的最高场强点位于硅橡胶增强绝缘内,且最大场强远大于电缆本体绝缘的平均场强;以非线性硅橡胶做应力控制体增强绝缘时,超过一定场强后增强绝缘的电导率明显大于XLPE绝缘,保证了电缆接头内最高场强点永远位于XLPE绝缘内,且接近于平均场强。     

硅橡胶电导特性对XLPE绝缘高压直流电缆终端电场分布的影响

交联聚乙烯(XLPE)绝缘高压直流电缆终端内各绝缘材料的电导率受温度和电场强度的影响差异较大,这是导致其电场分布复杂、研发难度大的关键因素之一。为此,利用多物理场耦合软件仿真计算了以不同性质硅橡胶为增强绝缘的高压直流电缆终端模型内的电场分布,分析了绝缘材料的电导特性对电场分布的影响与机理。研究结果表明:以高压交流电缆终端中常用的硅橡胶作为直流电缆终端的增强绝缘时,应力锥根部的硅橡胶内电场严重畸变,最大电场强度(简称场强)值约达到电缆本体平均场强的6.7倍;以具有合适非线性电导特性的硅橡胶做增强绝缘时,直流电缆终端内电场分布均匀,且最大场强点位于电缆XLPE绝缘内。说明应用电导非线性硅橡胶是解决XLPE绝缘高压直流电缆终端制造瓶颈问题的有效方法之一。     

12kV固体柜环氧浇注模块外表面无金属化层时的电场分布特征研究

固体绝缘技术在中压特别是12 k V开关设备当中已经得到广泛的认可与应用。为实现固体柜产品小型化、提高耐候性、安全性等目的,在固体柜绝缘表面进行金属化处理成为当前新的研究热点。但目前固体柜产品中很大一部分环氧浇注外表面未做金属化处理,文中对现有12 k V固体柜产品环氧浇注模块外表面无金属化处理时的电场分布特征进行了仿真研究。仿真结果表明,现有固体柜产品环氧浇注模块外表面无金属化层时,固体柜能够满足电场绝缘考核要求,但环氧浇注模块内部真空灭弧室结构及环氧模块与柜体外壳间隙距离对固体柜的电场分布影响显著。     

500 kV半复合绝缘横担外绝缘特性及绝缘配合研究

为研究500 kV半复合横担形式塔头外绝缘电气特性,采用真型构架,模拟系统操作过电压和雷电冲击电压开展塔头间隙放电特性试验,获得放电特性及放电路径分布特征.针对500 kV半复合横担紧缩型杆塔绝缘子试品,在人工环境气候实验室开展复合横担绝缘子表面不同亲水性和弱憎水性条件下的50％耐受电压试验,获得500 kV复合横担绝...     

油纸复合套管受潮状态的频域介电响应分析

油纸电容型套管是大型电力变压器的重要部件,其安全可靠性是电网稳定运行的关键因素。变压器出线套管结构复杂、设计紧凑,在安装设计不当,运行环境恶劣等条件下很容易成为变压器绝缘系统的最薄弱环节。统计表明,25%以上的电力变压器故障是由套管绝缘故障导致的,而套管绝缘受潮导致的事故案例居于套管绝缘故障类型中的前列。因此,对套管绝缘状态的有效评估显得尤为重要。为探究水分对油纸绝缘套管的影响,运用介电响应法,结合在实验中测量得到的单层油纸绝缘的结果,仿真得到简化套管均匀受潮时介电谱。并运用Kramer-Kroning方程将得到的介电谱虚部分解为电导损耗部分和极化损耗部分,观察各个部分随水分变化规律,总结为如下两点：第一是电导损耗分量随水分的增大急剧增大,变化量可以达到好几个数量级,且电导损耗随水分变化其趋势基本不会发生改变;第二,油纸中水分的加入使油纸出现了新的极化过程,在介电谱中0.1~10 Hz出现一个损耗峰,且损耗峰幅值随水分增大而增加。     

特殊环境下绝缘拉杆对SF_6气体影响的研究

为了实现超高压开关在特殊环境下的安全运行,研究了不同温度、湿度以及压力下绝缘拉杆对SF_6气体的影响。研究结果表明:环境温度越高、湿度越大、压力越高,绝缘拉杆对SF_6气体的影响越大,这对超高压开关中绝缘拉杆的选择、特殊环境下设备的定期检测和实时监控提供了依据和参考。     

油纸绝缘系统在复合电场作用下的电场分布特性研究

研究了不同情况下的变压器油和浸油绝缘纸板的电导率和介电常数,采用有限元软件计算了不同幅值、不同类型电场作用下的油纸绝缘系统内部电场分布特性,提出了混合场强下的电场分布特性。     

交直流电场对雨凇覆冰特性的影响研究

雨凇会严重影响输电线路的安全运行因而受到国内外电力部门的重视,虽然对雨凇的研究有近50 a的历史,但大多数试验都未考虑带电覆冰的实际意义,也没有深入对比研究交流与直流电场对雨凇覆冰特性的影响;利用人工气候实验室模拟了不同电场类型、电场强度下的LGJ-185/25导线雨凇覆冰,研究并对比了交直流电场对雨凇形态、气泡含量,覆冰质量以及覆冰密度等参数的影响机理,结果表明:随着交直流覆冰场强的增加,雨凇冰柱形态、覆冰质量和冰密度会先增大后减小,雨凇气泡含量和粗糙度会逐渐增加;相比交流电场而言,直流场中仅雨凇冰柱的气泡含量较交流场更多,其他参数均较交流电场雨凇覆冰更小;所得结论可为探求交直流电场对雨凇覆冰特性的影响机理提供参考。