车载变压器硅油纸绝缘性能劣化机理及老化特性研究

摘要

车载牵引变压器作为高速列车的核心部件，承担着为高速列车提供稳定动力的重要使命，油纸绝缘是车载牵引变压器绝缘能力的重要保障，其性能优劣成为决定动车组能否安全稳定运行的关键因素。硅绝缘油和Nomex绝缘纸作为新型的车载牵引变压器绝缘材料，研究其在热应力作用下的老化特性及性能劣化机理，对车载牵引变压器的状态评估及保证动车组的安全稳定运行，具有重要理论意义及工程价值。　　首先，本文以车载牵引变压器运行工况及环境为基础，将硅绝缘油及Nomex绝缘纸作为研究对象，设计了在温度梯度下的多周期加速热老化试验，定期对其老化特征参量进行测试，研究了各特征参量随试验温度及老化试验的变化规律，发现硅绝缘油及Nomex绝缘纸击穿电压、抗拉强度及聚合度在老化过程中逐渐降低；当硅绝缘油与Nomex绝缘纸共同老化时，水分含量呈现先减少后增加的变化趋势；硅绝缘油油中溶解气体主要产物为CH4、H2及CO，Nomex绝缘纸油中溶解气体主要产物为CO、CO2及H2，因此可以通过对油中溶解气体CO2含量的检测来推测硅油纸绝缘系统中Nomex绝缘纸的老化程度。　　其次，基于分子动力学模拟，以硅绝缘油单体分子聚二甲基硅氧烷(PDMS)及Nomex绝缘纸单体分子聚间苯二甲酰间苯二胺(PMIA)为研究对象，分析了PDMS及PMIA在不同温度下裂解路径及其产物生成机理，研究了两种单体分子在不同水质量分数下的裂解规律及水分的影响机理，发现反应温度及反应时间的增加会促进PDMS及PMIA的裂解；CH4和H2是PDMS在热应力作用下裂解的主要特征产物；随着反应温度的增加，小分子硅化合物数量呈增加趋势，大分子硅化合物数量呈下降趋势；水对PDMS的裂解有促进作用，PDMS会先于水分解，之后水的分解为反应体系提供H原子和O原子，加速各特征产物的生成；PMIA分子初始断键位置主要位于苯环间的酰胺键，其次为和羰基相连的C-C键；NH3及CO是PMIA裂解的主要特征产物；随着反应温度的增加，小分子含碳化合物数量呈增加趋势，大分子含碳化合物呈下降趋势；水分对PMIA的裂解有促进作用，环境中的水会加速PMIA水解反应的发生。　　最后，将试验与仿真进行综合分析，发现随着老化时间的增加和老化温度的升高，硅绝缘油及Nomex绝缘纸气体特征产物含量在试验与仿真过程中变化趋势基本一致，验证了仿真的合理性，实现了对硅油纸绝缘老化特性及性能劣化机理的研究。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2.1 车载牵引变压器结构

1.2.2 车载牵引变压器绝缘结构

1.3 国内外研究现状

1.3.1 油纸绝缘研究现状

1.3.2 分子动力学模拟研究现状

1.4 论文的研究内容

第2章硅油纸绝缘热老化试验及参数测试

2.1.1 实验材料

2.1.2 试验温度设计

2.1.3 热老化试验流程

2.1.4 设置对照试验组

2.2.1 抗拉强度试验

2.2.2 聚合度试验

2.2.3 击穿电压试验

2.2.4 水分含量试验

2.2.5 气相色谱试验

2.3 本章小结

第3章硅油纸绝缘热老化特性研究

3.1 抗拉强度

3.2 聚合度

3.3 击穿电压

3.4 水分含量

3.5 油中溶解气体

3.6 本章小结

第4章基于分子模拟的硅油纸绝缘性能劣化机理研究

4.1.1 分子模拟力场和系综

4.1.2 分子模拟方法

4.2.1 模型构建与模拟方法

4.2.2 热应力下硅绝缘油裂解过程及劣化机理研究

4.2.3 水对硅绝缘油性能劣化的影响机理

4.3.1 模型构建与模拟方法

4.3.2 热应力下 Nomex绝缘纸裂解过程及劣化机理研究

4.3.3 水对 Nomex 绝缘纸性能劣化的影响机理

4.4 试验与仿真结果综合分析

4.5 本章小结

结 论

致 谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果