直流和工频电压下油浸纸绝缘系统空间电荷特性的差异

绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性和直流电压下的空间电荷特性同等重要。输电系统中交流变压器的数量巨大,变压器内绝缘用油纸绝缘材料在交流电压下的空间电荷特性如何,尚未见研究报道。首先采用直流电声脉冲测试系统研究了油浸绝缘纸在正/负极性直流场强下的空间电荷特性,然后采用改进的基于电声脉冲法的空间电荷测试系统研究了油浸绝缘纸在工频电压下的空间电荷特性。结果表明:电场极性对油浸绝缘纸内部的空间电荷分布有决定性影响,在正极性直流场强下,积聚在靠近铝板电极侧绝缘纸-绝缘纸界面处的电荷极性是正极性,而在负极性直流场强下,其是负极性;在工频加压的正半周,铝板电极处的电荷极性为负,而在工频加压的负半周,铝板电极处的电荷极性为正,90和270相位下油浸绝缘纸内部界面处积聚的电荷极性相反;与直流电压下相比,工频电压下油浸绝缘纸内部积聚的电荷显著减少。     

采用修正Cole-Cole模型提取油纸绝缘频域介电谱的特征参量方法

为了定量描述变压器油纸绝缘频域介电谱(frequency domain spectroscopy,FDS)随温度、水分、老化程度等绝缘状态的变化关系,引入了修正Cole-Cole模型研究油纸绝缘的FDS特性,提出采用该模型参量作为油纸绝缘FDS的特征参量,以反映其绝缘性能,并给出了模型的初始值设定方法及优化目标函数。在不同温度下采用三电极测量了油纸绝缘试品的频域介电谱特性,提取了模型的参量并分析其变化规律。结果表明,在10-3～103 Hz频率范围,可以采用单弛豫时间常数的修正Cole-Cole模型来描述油纸绝缘的频域介电谱,该模型将频域介电响应分解为弛豫、直流电导和跳跃电导3个分量的叠加。温度主要影响弛豫分量和直流电导分量,且上述两个分量所对应的时间常量τ和直流电导率σdc随温度变化满足Arrhenius方程。     

基于云理论和核向量空间模型的电力变压器套管绝缘状态评估

为了解决电力变压器套管绝缘状态评估中存在不确定性因素的问题,提出了一种新的状态评估方法。该方法全面考虑评估指标等级分类边界的随机性和模糊性,采用由云推理确定指标客观权重,由未确知理论确定主观权重的组合赋权法。建立了核向量空间模型,利用核函数将样本映射到高维特征空间的方法,在高维特征空间定义样本数据的指标有向线段和变压器套管绝缘等级标准的理想指标有向线段。进而通过计算两线段之间的夹角加权余弦获得样本与标准模式的贴近度,将绝缘评估问题转化为向量空间的模式识别问题,最终得出变压器套管所处的绝缘状态。实际算例表明该套管在第1次测试时,其绝缘状态贴近正常的贴近度最大即处于正常状态;第2次和第3次测试时,贴近故障的贴近度最大即处于故障状态。     

伽马射线对低密度聚乙烯的空间电荷陷阱特征影响

为研究伽马射线辐照后的低密度聚乙烯材料在直流电场作用前后的空间电荷形成和衰减的陷阱特征,在60Co伽马射线的辐照源下得到最大辐照剂量为50 kGy的聚乙烯样品,利用电声脉冲法测量其空间电荷分布,进而提出了一种离散陷阱分布模型来解释射线辐照的空间电荷衰减特征。结果表明:在阴极附近出现异号的正电荷积累并随着辐照剂量增加而增加;分析认为射线辐照后样品出现的异号正电荷是由于材料发生了化学变化(氧化)而导致更深能级陷阱的产生;同时,利用所提出的模型计算了陷阱的能级深度和陷阱密度参数,并分析了它们与辐照氧化的微观机制。由陷阱能级和陷阱密度围成的曲线族变化可作为材料辐照老化的特征参量。     

热老化对纤维素绝缘纸的空间电荷及陷阱特性的影响

为理解变压器用纤维素绝缘纸在其热老化过程中的空间电荷特性演变规律及其影响机制,采用电声脉冲法研究不同老化程度绝缘纸在不同电压等级(30、15和5kV/mm)下的加压和去压后的电荷密度分布规律,分析了绝缘纸热老化程度与其空间电荷特性演变规律间的联系。结果表明:纤维素绝缘纸体内电荷注入量及注入速率与外施电场等级成正比关系。热老化能够降低纤维素绝缘纸空间电荷注入的起始阈值,并减缓绝缘纸体内电荷注入和迁移的速率,从而削弱了体内电荷的复合现象。随着热老化程度的增加,纤维素绝缘纸体内陷阱的分布密度和陷阱能级的深度都将增大,致使材料体内残留电荷不仅总量逐渐增大,而且衰减速率逐渐降低。研究成果为理解热老化对纤维素绝缘纸空间电荷积聚和消散的影响机制提供了理论支撑。     

应用弱化缓冲算子与最小二乘支持向量机的变压器油中溶解气体浓度预测

变压器油中溶解气体浓度是评估油浸式变压器绝缘状态的重要依据。变压器油中溶解气体浓度的时间序列数据具有随机振荡性,往往不能准确把握溶解气体浓度的发展趋势,因此应用缓冲算子首先对原始数据进行弱化处理,减少其随机性。现有溶解气体浓度预测模型仅实现了点预测,为此采用最小二乘支持向量机与区间参数估计理论建立了溶解气体浓度的区间预测模型,确定未来溶解气体浓度在一定置信度下的变化区间。算例结果验证了该模型的有效性。     

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。     

植物油对油浸绝缘纸老化速率的影响及机理

为了研究植物油对油浸绝缘纸老化速率的影响,本文以25#矿物油纸绝缘和ABB公司生产的BIOTEMP植物油纸绝缘为研究对象,分别开展了加速热老化试验,分析植物油对其老化速率的影响,结果表明植物油可以延缓绝缘纸的老化速率,延长其使用寿命。采用XPS和分子模拟软件分析了造成这种影响的原因,绝缘纸在植物油中热老化具有较大的活化能,水分子与植物油分子之间具有较大的相互作用力,容易被植物油分子束缚,削弱纤维素的水解反应。热老化过程中,植物油对绝缘纸纤维起到化学改性作用,由酯化反应生成的酯基一方面可以更加牢固地束缚水分子,另一方面长链脂肪酸酯化到纤维素上后将与纤维素平行排列,对纤维起到"水屏障"的作用,从而延缓纤维的水解速率。     

变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系

为了更好地将频域介电谱技术用于无损诊断变压器油纸绝缘老化状态,通过频域介电谱测试了不同老化程度油纸绝缘试品的频域介电特征量。研究了油纸绝缘试品的相对介电常数、介质损耗因数、电容、体积电导率与频率和绝缘纸老化状态的关系,在分析温度对油纸绝缘试品频域介电特征量影响规律的同时,提出了求解油浸绝缘纸活化能的新方法。结果表明:油纸绝缘试品在10 3～100Hz的频域介电特征量能反映其老化状态;不同老化程度油纸绝缘的电容C(DPt)或相对介电常数r(DPt)在10 3Hz、10 2Hz、10 1Hz的值分别与绝缘纸聚合度差值(DP0 DPt)存在二次多项式函数关系;利用油纸绝缘试品tan曲线求解出的油浸绝缘纸(DP=880)活化能为96.65kJ/mol,利用"频温平移因子"可将已知测试温度下的频域介电特征量推广到未知温度,解决了测试温度不同对FDS结果带来的影响。     

绝缘纸无定形区玻璃转化的分子动力学模拟

绝缘纸无定形区的玻璃转化温度是其热稳定性的重要标度之一。为研究变压器绝缘纸的玻璃转化过程的微观机理,继而挖掘其中的热老化信息,利用分子动力学对绝缘纸纯纤维素、纤维素-水两个模型的玻璃转化过程进行了模拟。用比体积-温度曲线法确定了纯纤维素和纤维素-水模型的玻璃化转变温度分别为448、418K。模拟结果表明,玻璃转化过程中,绝缘纸纤维素链的运动和机械特性均发生突变,400～500K之间自由体积的突变给纤维素链运动提供了更多空间,导致其发生玻璃化转变;水分子浸入无定型区可以破坏纤维素链间的氢键,显著地降低玻璃转化温度,影响绝缘纸热稳定性。