天然酯绝缘油在油纸界面放电故障条件下的分解产气特性研究

选取菜籽基天然酯绝缘油与矿物绝缘油及两种绝缘油的油浸纸板为研究对象,开展纯油击穿与油纸沿面闪络两种类型的放电故障试验,通过油中溶解气体分析方法研究故障后两种绝缘油产生的油中溶解气体类型与含量,并对比分析两种绝缘油产气特性差异及油纸界面对产气特性的影响。结果表明:在击穿类型放电故障条件下,两种绝缘油产生的溶解故障特征气体类型相同,均为CH_4、C_2H4_、C_2H_6、C_2H_2、H_2、CO、CO_2;相同故障条件下,天然酯绝缘油相较于矿物绝缘油会产生更多的CO;当放电故障发生在油纸界面处时,两种绝缘油中的故障产气量增多,且CO的含量占比上升。     

不同放电能量下酯类绝缘油的产气差异性分析EI北大核心CSCD

酯类绝缘油作为一种环境友好型绝缘液,在电力变压器中的应用越来越广泛。但不同酯类绝缘油的理化、电气特性具有显著的差异,在相同故障下其产气规律也有一定的区别。该文以天然酯、改性酯以及合成酯为研究对象,研究其在不同放电能量下的产气规律与产气差异,并将特征气体含量与放电能量进行关联性分析。结果表明,不同酯类绝缘油的产气规律具有一定差异,天然酯绝缘油易产生更多的H_(2)和C_(2)H_(6),改性酯和合成酯绝缘油易产生较多的C_(2)H_(4)和C_(2)H_(2),绝缘油的分子结构和特征气体的溶解特性差异是影响油中溶解气体的主要原因;随着放电能量的增加,H_(2)、CH_(4)和C_(2)H_(6)占比呈现下降趋势,C_(2)H_(2)、C_(2)H_(4)以及CO占比呈现上升趋势;通过特征气体的单位焦耳产气量、C_(2)H_(2)/H_(2)比值以及CO含量可以定性判断放电故障的严重程度。结果可为酯类绝缘油变压器的状态诊断提供参考。     

天然酯绝缘油加速热老化时油中溶解气体研究

对3种不同微水含量的FR3?型天然酯绝缘油试样进行加速热老化试验,并与同等条件下的矿物绝缘油进行老化对比试验,分析两种油中溶解气体随老化时间的变化情况。结果表明:在同等条件下,天然酯绝缘油老化过程产生气体的速率和含量均远高于矿物油的;微水含量为50~2μL/L时,微水含量的差异对老化产气的影响可忽略;绝缘油表面氧气氛围的存在对天然酯老化产气的影响比较大,有氧气存在时,相同老化时间内油中溶解的氢气、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙烯的含量均升高,而一氧化碳含量则降低。     

三元混合绝缘油热裂解过程与产气特性

从绝缘油物质成分原子水平研究揭示绝缘油的热裂解产气机制，是科学指导基于油中溶解气体实现变压器故障诊断的关键。基于反应分子动力学对三元混合绝缘油中不同物质成分的单分子、多分子和混合油体系的热裂解动力学过程进行仿真模拟，研究分析了矿物油、天然酯和改性天然酯中不同类型油品分子的热裂解路径及产气行为，以及三元混合绝缘油的热裂解产气特性，并通过油品过热产气试验验证了仿真结果。结果表明：矿物油、天然酯和改性天然酯分子在热应力下会通过解环、脱羧与脱羰等反应转化为链状烃，再逐步裂解为烃类气体小分子；当油品分子体系增大时，分子热裂解方式与油品单分子相同，但其热裂解反应进程会加快。三元混合绝缘油热裂解仿真结果表明，其在低温过热时油中CO₂含量最高，中温过热时油中H₂和烃类气体含量增加，高温过热时油中C₂H₂含量增加，C₂H₄、C₂H₆含量增加显著，该油品过热产气试验结果与仿真结果一致。该成果可为基于油中特征气体分析实现三元混合绝缘油...     

植物绝缘油热故障的模拟与产气规律研究

以FR3型植物绝缘油(库柏油)、实验室精炼大豆植物绝缘油和甲酯化菜籽植物绝缘油为研究对象,以25#矿物绝缘油为对比,在模拟试验装置中进行200~700℃热故障试验。研究了不同热故障温度下H2、CO、CO2、CH4等7种特征气体在4种绝缘油中的产气规律,为植物绝缘油的溶解气体故障诊断方法(DGA)构建提供了实验依据。     

电力变压器用天然酯绝缘油中特征气体溶解特性

为了探索适用于天然酯绝缘油的油中溶解气体分析方法(DGA),需要研究特征气体在天然酯绝缘油中的溶解特性。以FR3~?绝缘油、精炼大豆绝缘油和甲酯化菜籽绝缘油等天然酯绝缘油为研究对象,以25号矿物绝缘油为参照,测定了温度为30~70℃时H_2、CO、CO_2、CH_4、C_2H_4、C_2H_6、C_2H_2等7种故障诊断特征气体在4种绝缘油中的Ostwald平衡常数(K)。通过对K和温度(θ)的拟合,得到7种特征气体在4种绝缘油中的28组K-θ模型方程,该方程可以推算其他温度下任意特征气体在绝缘油中的K。通过各特征气体在同一种绝缘油中K-θ变化曲线对比发现:4种绝缘油中烃类气体的溶解度大小顺序为:K(C_2H_6)K(C_2H_4)≈K(C_2H_2)K(CH_4);非烃类气体溶解度大小顺序为:K(CO_2)K(CO)K(H_2)。     

三种酯类绝缘油低能放电故障下产气特性研究

为研究酯类绝缘油在变压器故障条件下的产气特性,通过选取3种酯类绝缘油包括单酯、天然酯、合成酯绝缘油,分析其在模拟低能放电条件下的产气特性。结果表明：酯类绝缘油在低能放电条件下,氢气的产出比例较高,乙炔的产出量远低于矿物绝缘油的乙炔产出量,尤其是合成酯的乙炔产出量最低。单酯及天然酯绝缘油的低能放电可通过三比值法、大卫三角形法及大卫五边形法判定,合成酯的低能放电可用大卫三角法进行判定。     

传统矿物绝缘油配电变压器直接更换天然酯绝缘油可行性研究

将一台传统矿物绝缘油配电变压器依次注入天然酯绝缘油和矿物绝缘油并进行多项试验对比研究。结果表明:注入天然酯绝缘油后的配电变压器外施耐压、感应耐压及绝缘油试验均能满足标准要求,且声级低于矿物绝缘油变压器1.5 dB。由于天然酯绝缘油运动黏度较大,注入天然酯绝缘油后配电变压器温升比矿物绝缘油变压器略高,但仍在允许范围内。可见将传统矿物绝缘油配电变压器绝缘介质直接更换成天然酯绝缘油具有一定的可行性。     

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。     

基于分子动力学模拟的植物绝缘油过热分解产气特性

为更好地了解植物绝缘油的产气过程,指导植物绝缘油变压器故障诊断,从宏观和微观两个层面研究了山茶籽绝缘油的热分解过程。通过实验研究了山茶籽绝缘油在363～403 K温度下经过5、10、15、20天热分解的产气特性和酸值变化规律。采用Reax FF反应力场构建山茶籽绝缘油模拟体系,通过分子动力学(MD)仿真,模拟植物绝缘油中分子在1400～2200K温度下的分解过程,得到其产物信息;并通过跟踪观测模拟体系中的分子变化,得到其产气路径和机理。实验和仿真结果表明:C2H6是山茶籽绝缘油在热解时产生的主要烃类气体产物;含非共轭双键越多的甘油三酸酯分子热稳定性越差,越容易分解;温度升高和受热时间增长能够促进植物绝缘油的分解,产生各种特征气体含量与温度和受热时间呈正相关;就产气路径而言,植物绝缘油热解是从与甘油三酸酯分子中心碳相连的C—O键的断裂开始,然后通过脱羧反应生成CO2和烃类自由基,烃类自由基继续分解,并与分解过程中产生的H·结合,得到植物绝缘油分解的各种特征气体。     

天然酯绝缘油电力变压器绝缘油与绝缘漆材料相容性研究

天然酯绝缘油变压器具有绿色环保、过载能力强等优势，是高压大容量电力变压器的重要发展方向，其中绝缘油与绝缘漆材料的相容性对变压器设计与运维具有重要影响。本文对天然酯绝缘油-绝缘漆材料开展热老化试验，研究天然酯绝缘油与6种电力变压器常用绝缘漆的相容性，观察并分析热老化前后天然酯绝缘油的运动黏度、水分含量、酸值、介质损耗、击穿电压以及气相色谱等特性的变化。结果表明：热老化后绝缘漆片的结构完整性和功能稳定性保持良好；除运动黏度外，热老化后天然酯绝缘油的理化与电气特性均有所改变，但未出现明显劣化；油中溶解气体含量在热老化后增加明显，气相色谱结果显示油-漆的相容性良好。     

天然酯绝缘油在变压器中的应用研究与探讨

本文分析了天然酯绝缘油的基本特性，介绍了一台采用天然酯绝缘油的110 kV油浸式变压器在电气结构设计、绝缘油工艺处理等方面的基础研究结果，并与同等级的矿物绝缘油变压器进行对比，对天然酯绝缘油在电力变压器中的应用进行了探讨。结果表明：当天然酯绝缘油应用于110 kV及以下电压的变压器时，电气结构设计原则可参照矿物绝缘油变压器标准。使用天然酯绝缘油时绝缘件的浸渍处理和密封胶垫的选用与使用矿物绝缘油时有较大差异。天然酯绝缘油在贮存与运输过程中要避免与空气接触，防止氧化。天然酯绝缘油的运动黏度对变压器的温升影响明显，结构设计时要进行相应地修正。基于天然酯绝缘油的优异特性，其在电力变压器领域具有广阔的应用前景。     

天然酯与改性酯植物绝缘油气体平衡常数的测定和分析

气相色谱法是测定绝缘油中溶解气体含量最常用的手段,但植物绝缘油种类众多,其气体平衡常数尚不明确。为了能够准确测定常见植物绝缘油中的溶解气体含量,本文利用二次平衡法,对7种典型油中溶解气体分别在4种植物绝缘油中的平衡常数进行测定,并与矿物绝缘油的气体平衡常数进行对比分析。结果表明：7种气体的平衡常数在3种天然酯中差别不大...     

天然酯绝缘油氧化安定性试验探讨

为了探索适用于天然酯绝缘油的氧化安定性试验方法,对现有矿物绝缘油氧化安定性试验方法进行比较分析,参考IEC 62770—2013标准,选取基于NB/SH/T 0811—2010标准改进的氧化安定性试验方法对FR3#174;型天然酯绝缘油进行试验。结果表明:改进后的氧化安定性试验方法适用于天然酯绝缘油。     

烷基苯热解产气规律与基于DGA的充油电缆故障诊断

为了检验现有的DGA故障诊断方法对于充油海缆的适用性,选用国产十二烷基苯绝缘油进行研究.首先采用不同升温速率的热重试验确定十二烷基苯绝缘油的分解温度;随后搭建试验平台,开展十二烷基苯纯油、油纸以及25#矿物油在150、250、350℃下的热故障模拟试验;试验后测量故障油样中溶解的H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2共5种特征气体的百分含量,研究十二烷基苯绝缘油在过热故障下的产气规律;选用现有的DGA故障诊断方法(Duval三角形、四边形图示法)对测得的溶解气体数据进行分析.结果表明:热故障下十二烷基苯绝缘油中溶解的C2H4百分含量占比会随故障温度升高明显增加,矿物油中C2H4百分含量占比在整个故障温度范围内始终处于较低水平;在热故障诊断时,经典Duval三角形以及四边形图示法可以通过十二烷基苯绝缘油中溶解的气体检测出热故障,但不能够准确地判定故障温度范围,需要对方法中的故障边界做进一步修改.     

基于ReaxFF场的矿物绝缘油热解分子动力学模拟

热故障是影响充油设备安全运行的重要因素,基于Reax FF力场的分子动力学模拟方法建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,深入研究了不同温度下矿物绝缘油的动态热解过程和产气规律。通过Reactive-MD-analysis识别模块对矿物绝缘油热解产物的识别和统计,结合仿真的动态图像分析了矿物油的微观反应过程,得出矿物油热解的主要反应路径以及小分子气体的生成路径。同时重点分析了温度对热解微观过程的影响,结果表明：中温下大分子烃自由基的β–C断裂造成C_2H_4气体的大量产生;高温下C_3H_8、C_2H_6和C_2H_4的继续分解造成C_2H_6和C_2H_4气体的相继减少以及H_2、CH_4和C_2H_2气体的不断增多。通过与热重实验结果的对比,验证了仿真结果的合理性,说明ReaxFF反应动力学模拟为从分子上研究矿物绝缘油的热解提供了一种有效的途径。     

绝缘油的气相色谱测试诊断与测试装置

变压器采用油纸组合绝缘,其内部潜伏性故障产生的烃类气体来源于油纸热分解。含有不同化学键的碳氢化合物有着不同的热稳定性,绝缘油随着故障点温度的升高裂解生成烃类的顺序是烷烃、烯烃和炔烃。由于油热裂解生成的每一种烃类气体都有一个相应最大产气率的特定温度范围,故绝缘油在各不相同的故障性质下,产生不同成分、不同含量的烃类气体。     

十二烷基苯绝缘油电故障下产气规律研究

十二烷基苯(DDB)是一种广泛应用于自容式高压充油电缆及其附件的弱极性电介质材料.选取国产十二烷基苯绝缘油为研究对象,测试其理化性能和电气性能;建立模拟油中不同电故障类型的试验系统,研究油中工频击穿和油纸沿面闪络两种电故障下十二烷基苯绝缘油的产气特性.结果表明:十二烷基苯绝缘油的理化性能和电气性能优异;在两种电故障下,H2和C2H2是其特征气体.由矿物油的溶解气体分析(DGA)技术可知,IEC三比值法适用于十二烷基苯绝缘油的故障类型诊断,而杜威三角法不适用.     

变压器用酯类绝缘液浸渍纸系统模拟低温热故障下的DGA分析

变压器用环境友好绝缘液的应用近年得到了快速发展，天然酯、合成酯和改性酯等绝缘液成为变压器新型绝缘材料研究的热点。随着其在110 kV及以上变压器中的推广应用，矿物油填充变压器的溶解气体分析（DGA）故障诊断方法对酯类绝缘液填充变压器不再适用，亟需针对酯类绝缘液提出新的故障分析与诊断的方法。本文将设计的考虑铜油温差的热故障模拟系统用于低温热故障试验，以大豆基天然酯、菜籽基天然酯、山茶籽基天然酯、合成酯和棕榈基改性酯5种绝缘液为研究对象，对比分析了其在200℃和300℃低温热故障时纯绝缘液和绝缘液浸渍纤维素纸绝缘系统下的油中溶解气体实验结果，并讨论了IEC三比值法和Duval五边形法两种判据方法的适用性。结果表明：IEC三比值法仍适用于天然酯、合成酯的200℃和300℃低温热故障判定；Duval五边形法能够用于天然酯的低温热故障判定，经修正调整可对合成酯进行判定，但是改性酯的DGA判定结果与矿物油、天然酯判据规律不一致，基于矿物油的Duval五边形法不适用于棕榈基改性酯的低温热故障判定。     

110 kV环保型天然酯绝缘油变压器绕组的温度场分析

油浸式电力变压器是电网系统重要的电力设备之一,其冷却介质以绝缘油为主。目前,矿物绝缘油的应用较为广泛,但存在不易降解、泄漏后危害环境等缺点。天然酯作为一种新型变压器用绝缘油,能够避免上述问题,同时带来更为优异的电气性能,是一种更为理想的绝缘冷却介质。然而天然酯绝缘油与矿物绝缘油在机械特性及电气特性上存在较大差异,其对变压器结构设计及绕组散热的影响仍有待深入研究。文中以一台110 kV电压等级的天然酯绝缘油变压器为研究对象,基于有限元方法对变压器绕组的温度场分布进行计算。在此基础上进一步分析了天然酯与矿物油对变压器绕组散热的影响,为大容量天然酯绝缘油变压器的设计提供了有益的参考。