電力變壓器油紙絕緣老化微觀機理及熱特性研究.pdf

1、油紙絕緣是大型電力變壓器內(nèi)絕緣的主要組成形式，在溫度、電場、氧氣、水分等復(fù)雜環(huán)境的長期作用下逐漸老化，絕緣性能下降，絕緣壽命縮短，引發(fā)絕緣事故的可能性增加，降低電網(wǎng)安全運行可靠性。變壓器油紙絕緣老化機理研究是絕緣老化狀態(tài)評估、壽命預(yù)測和制定抗老化措施的前提和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的電氣和老化生成物特性的研究很難從機理上對油紙絕緣的老化過程進行解釋。油紙絕緣老化不僅與絕緣材料分子結(jié)構(gòu)、聚態(tài)結(jié)構(gòu)有關(guān)，還與熱應(yīng)力作用下的物理和化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，因此油紙絕緣老

2、化的微觀機理及熱特性研究具有重要工程價值和學(xué)術(shù)意義。
　　溫度是油紙絕緣老化的主要因素，本文主要設(shè)計了油浸式電力變壓器常用的普通牛皮紙和環(huán)烷基礦物油復(fù)合絕緣在90℃下長達370天的熱單因子老化試驗。利用FTIR(傅立葉紅外光譜)、UV-Vis(紫外-可見光譜)、XRD(X射線衍射)定期測量了不同老化狀態(tài)的絕緣樣品，對比分析了油紙絕緣的官能團和絕緣紙的聚態(tài)結(jié)構(gòu)的變化情況，并深入討論了絕緣紙聚合度下降的動力學(xué)過程；最后利用DSC(差示

3、掃描量熱)和TG(熱重)研究了絕緣紙分子熱運動特點和裂解動力學(xué)過程并分析了不同老化程度絕緣紙熱裂解動力學(xué)參數(shù)的變化。
　　研究結(jié)果表明：①變壓器油紙絕緣老化會產(chǎn)生溶解于油中的含C C?共軛基團和C O?生色基團的老化生成物，老化特征基團隨老化時間的增加而增加。②絕緣紙在老化過程中，纖維素氫鍵和糖苷鍵發(fā)生斷裂，引起聚合度下降，結(jié)晶區(qū)遭受破壞，晶粒尺寸減小，導(dǎo)致纖維素分子間作用力減弱，熱裂解活化能降低。③老化過程中，絕緣紙纖維素晶體類

4、型不變，聚合度的下降規(guī)律符合二階動力學(xué)模型，相對結(jié)晶度的變化規(guī)律能很好的解釋了聚合度的變化規(guī)律。④絕緣紙不定形區(qū)域中分子鏈在程序升溫過程中出現(xiàn)“玻璃化轉(zhuǎn)變”，但結(jié)晶區(qū)的氫鍵沒有斷裂，不定形區(qū)域分子鏈的熱反應(yīng)活性高于結(jié)晶區(qū)。⑤絕緣紙的熱裂解過程中主裂解階段在230～380℃，裂解活化能為65～96/kJ mol。主裂解階段中，當(dāng)溫度升至330℃時裂解機理發(fā)生改變，且低溫降解階段(230～330℃)的活化能小于高溫階段(330～380℃)的