基于油纸绝缘热老化特性的二阶动力学模型改进研究

摘要

油浸式电力变压器是电力系统的核心设备，其运行状态与电网安全息息相关。电力变压器能否安全稳定运行取决于其绝缘性能优劣，水分和羧酸对油纸绝缘系统老化速率产生极大影响，水分和纤维素发生的水解反应是纤维素老化的主要形式，水解反应使得葡萄糖基间1-4-β-糖苷键断裂而产生短链分子，短链分子进一步水解成低分子羧酸和水分。虽然油纸绝缘系统中羧酸含量较低，但绝大部分低分子羧酸停留于绝缘纸以及低分子羧酸与水分协同对绝缘纸老化所产生的加速作用导致其作用不可忽视。目前，国内外已有大量关于水分和羧酸对油纸绝缘系统老化特性影响的研究，但少见关于羧酸对绝缘纸老化速率影响的定量研究。因此，本文旨在绝缘纸热老化特性的基础上定量研究羧酸和水分的协同作用对绝缘纸老化的影响。
　　目前，研究油纸绝缘老化特性的模型众多，例如:一阶动力学模型、二阶动力学模型、聚合度累积损失动力学模型等数学模型，但模型的分析精度参差不齐。且常用的绝缘纸老化动力学模型存在方程参数意义不明确及老化因素影响因子体现不明确等问题。因此，本文将基于前面对于油纸绝缘热老化特性研究的基础上设计和开展油纸绝缘热老化实验，最终基于实验结果对二阶动力学模型进行改进和完善。
　　目前，二阶动力学模型的应用仍局限于实验室，工程应用价值不高，现有二阶动力学模型应用过程中需要对变压器内绝缘纸聚合度进行直接测量，由于测量现场变压器内绝缘纸聚合度时需要对变压器进行吊罩取芯，在工程中不可实现。另外，众多因素将对绝缘纸聚合度的测量误差构成影响，致使聚合度测量误差扩大。因此，本文试图通过实验研究建立二阶动力学模型参数kt0和k2与绝缘纸运行环境参数（温度T、含水量w和羧酸含量v）之间的函数关系，以避免对绝缘纸聚合度进行直接测量而导致的测量误差扩大问题，函数关系建立后，将为绝缘纸聚合度数据的获取提供新途径。在具体实施时，可先测定绝缘油含水量和酸值，通过分布平衡曲线计算绝缘纸含水量和羧酸含量，后通过本文建立的函数关系计算二阶动力学模型参数kt0和k2,将计算而得的kt0和k2代入二阶动力学模型，得到模型参数已知的二阶动力学模型，最终使用模型对绝缘纸老化状态进行评估，对其绝缘寿命进行预测，模型参数与绝缘纸运行环境参数之间函数关系的建立为二阶动力学模型的工程应用奠定了基础。
　　在建立二阶动力学模型参数与绝缘纸运行环境参数之间函数关系的过程中，先采用二阶动力学模型对实验数据进行拟合得到绝缘纸初始老化速率kt0和绝缘纸运行环境常数k2。并通过对数据进一步拟合得到kt0和k2与绝缘纸初始水分含量w、绝缘油羧酸含量v之间的函数关系，最终二阶动力学模型得到改进和完善。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水分和羧酸对油纸绝缘老化特性影响研究的意义

1．2 变压器油纸绝缘系统中水分的研究现状

1．2．1 变压器油纸绝缘系统中水分的来源

1．2．2 绝缘纸中水分的分布形式

1．2．3 绝缘油中水分的分布形式

1．2．4 绝缘系统中水分的研究现状

1．3 变压器油纸绝缘系统中羧酸的研究现状

1．3．1 变压器油纸绝缘中羧酸的来源

1．3．2 变压器油纸绝缘中羧酸的分布

1．4 油纸绝缘老化动力学模型研究现状

1．5 论文主要研究内容

第二章 水分及羧酸对油纸绝缘热老化特性的影响

2．1 水分对绝缘纸老化速率影响实验

2．2 绝缘系统老化过程中水分分布变化

2．2．1 绝缘纸中水分含量变化规律

2．2．2 绝缘油中水分含量变化规律

2．2．3 油纸绝缘间的水分平衡关系

2．3 水分和温度协同作用对绝缘纸老化影响分析

2．4 羧酸在油纸绝缘系统中的分布特性

2．5 羧酸对绝缘油性能的影响

2．6 本章小结

第三章 水分和羧酸协同作用对油纸绝缘老化特性的影响

3．1 羧酸催化纤维素水解的理论研究

3．2 羧酸催化纤维素水解的实验研究

3．2．1 试验

3．2．2 实验结果分析

3．3 本章小结

第四章 二阶动力学模型改进研究

4．1 绝缘纸聚合度测量误差影响因素研究

4．1．1 试品制备的影响

4．1．2 黏度测定的影响

4．2 动力学模型发展历程

4．3 二阶动力学模型改进的实验研究

4．3．1 试验

4．3．2 实验结果分析

4．3．3 拟合参数分析

4．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和科研成果