電力變壓器油紙絕緣老化微觀機(jī)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(chǎng)、氧氣、水分等復(fù)雜環(huán)境的長(zhǎng)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(yùn)行可靠性。變壓器油紙絕緣老化機(jī)理研究是絕緣老化狀態(tài)評(píng)估、壽命預(yù)測(cè)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(jī)理上對(duì)油紙絕緣的老化過(guò)程進(jìn)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(jī)理及熱特性研究具有重要工程價(jià)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(jì)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(zhǎng)達(dá)370天的熱單因子老化試驗(yàn)。利用FTIR(傅立葉紅外光譜)、UV-Vis(紫外-可見(jiàn)光譜)、XRD(X射線衍射)定期測(cè)量了不同老化狀態(tài)的絕緣樣品，對(duì)比分析了油紙絕緣的官能團(tuán)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(dòng)力學(xué)過(guò)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(yùn)動(dòng)特點(diǎn)和裂解動(dòng)力學(xué)過(guò)程并分析了不同老化程度絕緣紙熱裂解動(dòng)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(huì)產(chǎn)生溶解于油中的含C C?共軛基團(tuán)和C O?生色基團(tuán)的老化生成物，老化特征基團(tuán)隨老化時(shí)間的增加而增加。②絕緣紙?jiān)诶匣^(guò)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(guò)程中，絕緣紙纖維素晶體類(lèi)

4、型不變，聚合度的下降規(guī)律符合二階動(dòng)力學(xué)模型，相對(duì)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(guò)程中出現(xiàn)“玻璃化轉(zhuǎn)變”，但結(jié)晶區(qū)的氫鍵沒(méi)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(guò)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(shí)裂解機(jī)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