油紙老化文章

1、TiO 2納米改性變壓器油紙絕緣系統(tǒng)熱老化特性分析0引言大型變壓器作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，其絕緣性能的優(yōu)劣關(guān)系到電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。油浸式變壓器主要采用油紙絕緣系統(tǒng)，油紙絕緣的壽命決定了 變壓器的使用壽命。相關(guān)研究表明納米改性變壓器油相比于普通變壓器油具有更 好的絕緣性能冋。而納米粒子在變壓器油紙絕緣系統(tǒng)的老化方面的研究也開始 得到了學者的重視。國內(nèi)外學者對納米粒子在油紙絕緣老化進行了一系列的研究。Segal V對Fe3O4納米流體和普通變壓器油在185 C下進行了 12周的老化試驗，實驗結(jié)果表 明相比于普通變壓器油Fe3O4納米流體在老化后依然表現(xiàn)出較強的絕緣性能。 由于鐵磁性納米油流

2、體的穩(wěn)定性和擊穿特性受外部磁場的影響較大7-10,并不太適用于電力變壓器，因此學者將注意力轉(zhuǎn)移到半導體納米材料上。杜岳凡對TiO2納米粒子對老化變壓器油的改性作用進行了研究將TiO2加入到經(jīng)過36天老化后的變壓器油中，發(fā)現(xiàn)其工頻擊穿電壓、雷電沖擊電壓、局方起始電壓和老化相同 時間的純油相比都有了很大的提升， 空間電荷衰減率提高了 1.57倍、陷阱密度增 大的同時陷阱深度降低11,12。在對TiO2納米改性變壓器油直接老化方面的研究 中，文獻13對TiO2改性變壓器油和純油同時進行了為期6天130 C的短期老化試 驗，發(fā)現(xiàn)老化后的變壓器油的工頻擊穿電壓均值和1%擊穿電壓值分別是老化后的純油的1.

3、19倍和1.27倍，在局放測試中，老化納米油的1%擊穿電壓是老化純 油的1.14倍。胡志峰又對TiO2變壓器油和純油進行了 36天130 C下的長期老化試 驗，每6天進行一次測試，實驗結(jié)果表明老化后 TiO2變壓器油的工頻擊穿強度和 局方起始電壓電壓分別是老化純油的1.4倍和1.1倍。目前對對納米改性變壓器油紙絕緣的綜合老化研究尚為空白。本文對TiO2納米改性變壓器油浸紙板和純油浸紙板進行了130 C下36天的熱老化對比試驗，在老化過程中每12天記錄兩種試樣油的顏色并測試兩種試樣油的工頻擊穿電 壓，每6天對兩種試樣的紙中酸值和油中的聚合度。1實驗部分1.1試驗樣品的準備將25號變壓器油過濾三次

4、以濾掉油中的雜質(zhì)，雜質(zhì)含量達到CIGRE 12.17標準，得到凈純礦物質(zhì)油（簡稱純油）。通過水浴超聲法使納米粒子（d2 Onm）均 勻分散到純油中，制成濃度為 0.075%（體積濃度為 1%）納米粒子改性變壓器油 （簡稱納米油）。將純油和納米油置于真空箱中，常溫氣壓小于1kPa的狀態(tài)下進 行真空干燥48小時，使油的水分小于1Oppm。與此同時，將紙板剪成相同形狀， 放入烘干箱，在105C的溫度下干燥48小時。根據(jù)真實變壓器中油紙的含量（質(zhì) 量比約為10:1），我們按照此比例分別在納米油和純油中放入相應(yīng)比例的絕緣紙。由于變壓器中，銅在老化過程中扮演催化劑的角色，按照文獻15所述，按1.1mL 油

5、：0.5cm2銅片的比例向油樣中加入銅片。1.2 加速熱老化處理絕緣系統(tǒng)的壽命主要由熱老化來決定。根據(jù)實驗和統(tǒng)計資料得出：當這類 絕緣的工作溫度在80T至140C范圍內(nèi)變化時，絕緣的壽命損失可按6度法則估 計，溫度每提高6C,絕緣壽命縮短一半16。我們通過36天130C老化來模擬32 年的工作狀況下的老化情況。 對盛有試樣的燒杯通入氮氣 5分鐘以去除燒杯中的 空氣并密封，放入老化箱中在130C加速熱老化。在加速熱老化的過程中，每6天對變壓器油的酸值和絕緣紙板的聚合度進行測試，每 12天對變壓器油的工頻 擊穿電壓進行測試并觀察變壓器油的顏色。1.3 變壓器油的工頻擊穿測試變壓器油的工頻擊穿電壓可

6、以表征變壓器油擊穿電壓的能力， 是作為判斷變 壓器油絕緣性能的判據(jù)之一。 對未老化、老化 12天、老化 24天、老化 36天的 試樣中的普通變壓器油和納米改性變壓器油進行工頻擊穿測試。 每個試樣在測試 前需要使其水分含量需要保持在10ppm11ppm之間。本文利用建通6801油介電 強度測試儀進行工頻擊穿電壓測試，采用黃銅球蓋形電極，極間距離為 2.5mm， 升壓速率為2kV/s,每一個試樣進行第一次升壓前需靜置 5分鐘，每次擊穿后需間 隔 1 分鐘，期間通過磁棒在磁場的作用下對變壓器油進行攪拌。 每一個試樣進行 72 組測試。計算其工頻擊穿電壓的均值。1.4 變壓器油酸值的測試變壓器油的酸值

7、是反映變壓器油老化程度的重要指標， 變壓器油的酸值的高 低與其電氣性能有著十分緊密的關(guān)系， 油紙絕緣系統(tǒng)在老化過程中， 變壓器油被 氧化產(chǎn)生的酸性氧化產(chǎn)物不僅會腐蝕變壓器中的金屬而且也會加速變壓器油紙的老化速度。因此酸值是評定新油和判斷運行油老化程度的重要化學指標。為了解納米該型變壓器油的酸值隨老化的變化情況并與普通變壓器油老化后的酸值 進行對比。對未老化、老化 6天、老化12天、老化18天老化24天、老化30 天、老化36天的納米該型變壓器有和普通變壓器油進行酸值測試。本文根據(jù) GB/T7599-1987采用瑞士萬通877型全自動酸值滴定儀測試油樣中的酸值， 以中 和每克變壓器油試品酸值所需

8、要的氫氧化鉀試劑的質(zhì)量來表示，單位為mg/g。1.5紙板聚合度測試絕緣紙的主要成分是纖維素，而纖維素的是由葡萄糖單體組成的高聚合碳氫 化合物4.。絕緣紙的老化過程也就是纖維素降解的過程。纖維素大分子由葡萄 糖單元體組成，化學式為（C6Hlo05）n式中n為聚合度，表示纖維素是由多少個葡 萄糖單體組成，由于測試試樣是由不同聚合度的纖維素組成的混合物，因此所測的聚合度為平均聚合度。聚合度反映了紙板的機械強度，老化過程中紙板纖維斷 裂，聚合度降低，從而導致紙板的機械強度降低， 聚合度能夠十分準確的反映出 絕緣紙板的老化程度，因此我們采用這種方法測試絕緣紙的老化程度，測試標準為 IEC 60450。2

9、結(jié)果和分析2.1油的外觀圖1未老化試樣外觀圖2老化12天試樣外觀圖3老化24天試樣外觀圖4老化36天試樣外觀圖1、圖2、圖3、圖4分別為未老化、老化12天、老化24天、老化36天試樣的外觀,左邊是純油試樣，右邊是納米油試樣。 油的顏色和透明度直接反映了油的老化程度，油的顏色越深、透明度越低反映老化程度高?？梢钥闯鲭S著老化時間的增加，納米油和純油的顏色都越來越深，到老化后期試樣已經(jīng)完全的渾濁。對老化24天和老化36天的試樣進行觀察可以得到，老化后期納米油的顏色比純油的顏色更淺，說明納米油比純油的抗氧化性能更好。2.2工頻擊穿電壓表1納米油和純油的工頻擊穿電壓隨老化時間的變化關(guān)系時間納米油純油老化

10、時間 工頻擊穿電壓（kV）試樣未老化66.868.212天79.6970.124天70.964.536天62.2653.21如表1所示，納米油和純油的工頻擊穿電壓都將隨老化時間的增加而降低， 與未老化的試樣相比，老化36天的納米油和純油分別降低了 xx%、xx%。，與未 老化純油相比，未老化納米油的工頻擊穿電壓提高了 xx% ;與老化12天的純油相 比，老化12天納米油的工頻擊穿電壓提高了 13.68%;與老化24天的純油相比，老 化24天納米油的工頻擊穿電壓提高了 9.92%;與老化36天的純油相比，老化36天 納米油的工頻擊穿電壓提高了 17.00%。通過結(jié)果可以看出老化后與純油相比， 納

11、 米油依然具有更高的工頻下的絕緣性能。2.3油的酸值表2納米油和純油的酸值隨老化時間的變化關(guān)系時間酸值（mg/g）試樣納米油純油0天0.006980.00586天0.008790.021912天0.01260.031118天0.02350.045824天0.03050.050130天0.07630.067836天0.06540.0798納米油和純油的酸值隨老化時間的變化關(guān)系如表 2所示，隨著老化時間的增 加，納米油和純油的酸值都會隨著老化時間的增加而增長，且在老化后期酸值的增長速率明顯高于老化初期。在整個老化過程中納米油的酸值一直低于純油的酸 值，這表明了納米油相比于純油具有更好的抗氧化性能。

12、這也與對納米油和純油 的外觀的觀祭得到結(jié)果相一致2.4紙板聚合度12001000510 15 20 25 30 35 40圖x純油浸紙板和納米油浸紙板的聚合度與老化時間的規(guī)律納米油浸紙板和純油浸紙板的聚合度與老化時間的規(guī)律如圖 1所示，納米油 浸紙板和純油浸紙板在未老化的時候聚合度都為 1100左右，在老化初期兩者的聚 合度在短時間內(nèi)快速下降，且納米油浸紙板的速率比純油浸紙板的速率略快。 在 老化后期，納米油浸紙板和純油浸紙板的聚合度的下降速率逐漸變慢， 在末期穩(wěn) 定在500左右，且在老化后期納米油浸紙板的聚合度略高于春油浸紙板的聚合度。3結(jié)論(1)隨著老化時間的增加，純油和納米油的顏色都將越

13、來越深且納米油的顏色比純油的顏色更深。(2)變壓器油的酸值會隨著老化時間的增加而增長，納米油的酸值總體低于純油(3) 從對變壓器油的顏色和酸值測試的結(jié)果預(yù)示納米油可能具有更好的。(4) 兩種變壓器油的工頻擊穿電壓都會隨著老化時間的增加而降低，納米油的工頻擊穿電壓始終高于純油，說明在老化過程中納米油保持著相比于純油在工 頻下的絕緣水平的優(yōu)勢。(5) 純油浸紙板和納米油浸紙板的聚合度都會隨著老化的時間的增加而降 低，且老化前期聚合度下降的速率較快，老化后期聚合度的下降速率較慢。(6) 納米油浸紙板在老化前期的聚合度略低于純油浸紙板，老化后期的聚合度略高于純油浸紙板。說明在老化前期，納米油浸紙板的老

14、化速率更快，但在老 化后期納米油浸志辦的老化速率反倒變慢。1 Segal V, Hjortsberg A, Rabi no vich A, et al. AC (60 Hz) and impulse breakdow n stre ngth of a colloidal fluid based on transformer oil and magnetite nanoparticlesC/Electrical Insulation,1998.Conference Record of the 1998 IEEE International Symposium on. IEEE, 1998, 2:

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