水分对变压器油纸绝缘系统老化速率的影响研究

油纸绝缘的老化进程在极大程度上会受到水分的影响,为精准研判水分对其老化速率的影响,在实验室创造试验所需材料和条件制备了1％、2.5％、4％3种不同水分含量的试品,并对3种试品开展加速热老化,且时间均控制为0、10、20、30、40天.在清晰掌握多种能够反映油纸绝缘状况特征参数的前提下选取聚合度来研判水分对油纸绝缘老化速率的影响.研究结果表明:随着水分含量的增加,平均降解速率k会增大,而且k的增速从1％增加至2.5％时明显比从2.5％增加到4％时要大得多.该法为精准分析油纸受潮状态,研判变压器剩余运行时长提供了一定参照.     

纤维素老化对油纸绝缘水分扩散特性的影响机制

大量变压器进入运行的中后期,绝缘纸老化会对油纸绝缘水分平衡产生影响。试验测试了绝缘纸在空气中、油纸绝缘体系中的水分平衡过程。实验结果表明,相同空气湿度下,绝缘纸聚合度越低,其吸附的水分含量越高;油纸绝缘中,绝缘油中水分含量相同时,绝缘纸聚合度越低,水分向绝缘纸中迁移速率越快,其稳态水分含量越低。绝缘纸老化所发生纤维素微观特性的变化表明空气中老化绝缘纸无定形区增大,聚合度降低,附着在绝缘纸孔隙中的亲水性杂质导致其吸水性增加;油纸绝缘中,老化绝缘纸的无定形区孔隙、纤维素内的孔隙由于绝缘油分子的进入导致间接吸附水的减少,亲水性杂质溶解于油中,比表面积的下降导致亲水基团的减少使得吸附水分的含量降低。最后,将文中实验所得曲线与类Oommen曲线类比,聚合度对油纸绝缘水分平衡的影响可以认为在横坐标方向对类Oommen曲线的平移。     

水分和氧气对油纸绝缘老化的影响

为探究水分和氧气对油纸绝缘老化过程的影响机理,通过设计不同水分和氧气含量的矿物油纸绝缘在不同温度下的加速热老化试验,测量其绝缘纸聚合度和油中糠醛浓度,并验证了水分、氧气影响因素条件下聚合度变化对二阶动力学模型参数的影响。结果表明:水分和氧气对油纸绝缘加速老化作用明显;水分含量较低时,水分和氧气有相互抑制作用,油中氧气会阻止水分和纤维素相互作用,并且随着氧气含量的增加其作用越来越明显,从而降低绝缘纸的老化速率;水分和氧气含量及绝缘纸类型会影响老化过程中糠醛的变化趋势。     

水分和老化程度对油纸绝缘频域参数的影响研究

研究了水分和老化程度对电力变压器油纸绝缘频域参数的影响情况,得出了最终曲线。通过提取特征量,得出了频域参数和纸中水分以及老化程度的函数关系。     

变压器不同油纸绝缘组合加速老化时油中水分和酸值含量研究

对矿物油、植物油、牛皮纸及热稳定纸组成的4种油纸绝缘样品在3种温度(90、110、130℃)下进行加速热老化试验,分析了油中水分和酸值随老化时间的变化规律。结果表明,油的类型是影响油中水分含量的主要因素;以BIOTEMP油为代表的植物油,油中水分含量较矿物油高且变化规律明显。不考虑实际变压器滤油处理等因素时,可考虑采用油中水分含量对该类植物油浸渍绝缘系统的老化程度进行评估。油的类型也是影响油中酸值的主要因素,含植物绝缘油组合中的油中酸值比普通变压器油中的酸值高;以Munksjo命名的热稳定纸组合,其酸值含量比普通牛皮纸的绝缘组合要低。     

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。     

不均匀老化油纸绝缘稳态水分分布的频域介电谱

绕组和油温之间的温度梯度导致了绝缘纸的不均匀老化,绝缘纸的聚合度会影响水分在其中的分布情况。测试了5种不同聚合度绝缘纸含有相同水分含量以及不同聚合度绝缘纸浸渍于同一水分浓度绝缘油时水分扩散至稳态时的频域介电谱。制作了5种含有稳态水分含量的不同聚合度的绝缘纸叠加试样,用来模拟不均匀老化油纸绝缘含有稳态水分分布的试样,测试了该试样的频域介电谱,并采用分布阻抗的方法建立了油纸绝缘频域介电模型对其进行了数值计算。测试及计算结果表明:复介电常数实部、虚部及介质损耗随水分含量的增大而增大,随聚合度下降而增大;绝缘纸中水分含量对频域介电谱的影响要远远大于聚合度对频域介电谱的影响;不均匀老化油纸绝缘试样的频域介电谱测试结果与分布阻抗模型计算结果除在10-3 Hz~10-4 Hz频段内复介电常数虚部有5%的平均误差、实部有2%的平均误差外,其余频段基本相符,表明分布阻抗介电模型有效。     

油纸绝缘老化特征产物生成速率研究

变压器绝缘老化是影响电网稳定运行的重要因素之一。通过实验室加速老化试验并结合现场实际,对油纸绝缘的老化特性和机理进行研究,从而为变压器绝缘状态评估和寿命预测提供依据和参考。该文针对处于老化中后期不同初始老化程度的油纸绝缘,在80和130 ℃下对老化特性进行研究,得到各老化程度特征产物随老化时间的变化关系,并对老化特征产物的生成速率进行分析。结果表明：在该文的试验条件下,处于老化中后期的油纸绝缘,在后期继续老化过程中特征产物的生成速率随油纸绝缘初始老化程度的增加并不呈现递增趋势,而是成近似指数递减关系,这与纤维素绝缘纸降解过程中断键(葡萄糖单体间糖苷键)速率的变化一致。     

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。     

变压器油纸绝缘老化动力学模型及寿命预测

变压器固体绝缘材料（绝缘纸）寿命决定其使用年限,温度和水分是影响绝缘纸纤维素老化降解最主要的因素。以油浸变压器内广泛应用的＊25变压器油和普通牛皮纸为实验原料,模拟变压器实际生产流程,制作初始水分质量分数分别为1％、3％、5％的油纸绝缘试品,并将3个水分质量分数的油纸绝缘试品分别在90℃、110℃和130℃下进行了长期...     

老化对牵引变压器油纸绝缘局部放电特性的影响

随着牵引变压器运行年限的增加,高温部位采用的芳纶绝缘纸逐渐老化,容易发生局部放电,严重影响牵引变压器的安全运行。本文搭建了油纸绝缘老化和局部放电试验平台,分析老化对油纸绝缘局部放电特性的影响机制。结果表明:老化使局部放电平均放电量、最大放电量、放电重复率增大。放电重复率的变化可以在较低的外施电压下反映出老化对油纸绝缘局部放电特性的影响。老化后的试样表面在局部放电作用下更容易形成黑斑,且分支数目更多,这是由于浆粕老化以及老化导致短切纤维和浆粕界面粘合度降低造成的。     

油纸绝缘微水扩散的稳态分布

针对目前缺乏关于任意温度下油纸绝缘中微水稳态分布研究的情况,提出了基于参数拟合的曲面拟合法。利用该方法及现有若干温度点下的分布曲线,分0～60°C和60～1 000°C二区域地拟合出可表征温度、绝缘油及绝缘纸的水分体积分数3者间稳态关系的曲面,从而获得任意温度点下油纸绝缘微水扩散的稳态分布曲线。计算所得曲线与实际数据的比较结果表明该法具有很高的精度。     

有机酸对变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用试验研究

为研究有机酸对电力变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用,制作了初始水分质量分数均为0.4%的绝缘纸试样和不同类型的酸性绝缘油溶液,在室温(25℃)和90℃下,研究了酸在油纸绝缘系统中的溶解分布特性。接着在90℃下对油纸绝缘试样进行加速热老化,测试了不同老化阶段试样的绝缘纸聚合度以及油纸绝缘试样的极化去极化电流。结果表明:甲酸主要分布在绝缘纸中,并会导致纸中水分向油中扩散,硬脂酸主要分布在绝缘油中;相比于硬脂酸,甲酸极大地加速了绝缘纸的降解速率,使极化去极化电流曲线的上移幅度也更大;甲酸酸值达到0.1×10-3、硬脂酸酸值达到0.3×10-3时会对油纸绝缘进一步热老化起到明显的催化作用;在分析实际运行中影响变压器油纸绝缘热老化的因素时,需特别考虑甲酸等低分子强极性酸对油纸绝缘进一步热老化的催化作用。     

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。     

油纸绝缘微水扩散的暂态分布模型

用费克(Fick)第二扩散定律推导油纸绝缘中微水扩散的方程,通过分析边界条件并用数值分析法求解该偏微分方程,得到不同时刻绝缘纸中微水浓度随厚度变化的分布曲线,通过对这些分布曲线的积分计算获得绝缘纸中平均微水浓度随时间的变化曲线,数学分析和实验结果都表明该曲线符合指数函数,但该指数函数的平衡时间受温度、油纸绝缘中微水的稳态浓度、绝缘纸的厚度和透水方式等因素的影响,计算机仿真表明这几种因素对平衡时间的影响是互相独立的。最后通过求取所有单个因素下的平衡时间计算式,综合得到多个因素下的平衡时间的计算方程式。