植物绝缘油中水对甲醇扩散影响的分子动力学模拟

甲醇因其稳定性强、在绝缘油老化初期含量高等特点,是变压器油纸绝缘状态评估的重要特征物质,而水是油纸老化过程中必不可少的产物。为明确水对植物绝缘油中甲醇扩散的影响,分别构建含水量为1.0%、1.5%、3.0%、5.0%的植物绝缘油、水、甲醇共混模型,利用分子动力学方法计算模型中物质的扩散轨迹、扩散系数、相互作用能、氢键、自由体积,并从微观角度出发,解释水促进甲醇扩散的机理。结果表明:随着含水量的增加,甲醇与植物绝缘油的相互作用能减小,系统整体的氢键稳定性下降,自由体积增大,最终导致甲醇在植物绝缘油中的扩散作用增强。

氧化铝负载金属-有机复合材料对老化植物绝缘油吸附净化研究

植物绝缘油在电气设备中易老化产生甲酸、乙酸和甲醛等极性小分子物质,降低绝缘油的理化性能和电气性能,影响设备运行安全。为解决绝缘油品质劣化的问题,可以采用吸附工艺对老化后植物绝缘油进行净化处理,减少老化产生的极性小分子杂质。本文采用原位生长法制备2-甲基咪唑锌盐(ZIF-8)/氧化铝(Al_(2)O_(3))复合材料,并将其作为吸附剂对老化植物绝缘油进行吸附净化,并对吸附净化后植物绝缘油的理化和电气性能进行测试。结果表明:经ZIF-8/Al_(2)O_(3)复合材料吸附净化后,植物绝缘油的酸值和介质损耗因数明显降低,体积电阻率和起始氧化温度显著提高,品质明显提升。此外,分子模拟结果也表明,ZIF-8/Al_(2)O_(3)复合材料对植物绝缘油中极性小分子的吸附能力优于Al_(2)O_(3)。

锂离子电池不同冷却方式及浸没式冷却液综合对比分析

随着锂离子电池储能电站的发展,高效且安全的电池热管理系统逐渐受到重视,防范电池热失控成为关键。首先对比介绍目前的电池热管理方式,并从温度控制、防火安全、系统成本等方面归纳不同技术的优势与劣势,指出浸没式液冷是目前锂离子储能电站较为理想的热管理技术。然后基于锂离子电池储能电站的应用需求,提出理想浸没式冷却液的主要技术指标,并总结目前常用的5类冷却液:氟化液、碳氢化合物类、硅油类、酯类和水基类,分述其各自代表性产品的主要性能参数和特点。最后从绝缘性、防火安全性、散热性、流动性和环境友好性这5个指标对5类冷却液体进行定量评价,对浸没式液冷技术和浸没冷却液未来的研究方向进行探讨。

TiO_(2)纳米粒子表面修饰对变压器油冲击击穿性能的影响

采用液相法制备了乙酸、己酸和油酸修饰的TiO_(2)纳米粒子及其改性变压器油,利用透射电子显微镜(TEM)和傅里叶红外光谱仪(FTIR)测试表征了纳米粒子的形貌和表面修饰状态,通过测试变压器油改性前后的正冲击击穿电压和流注发展形态,研究了纳米粒子表面修饰对变压器油击穿性能的影响规律。结果表明:表面修饰纳米粒子极大地提高了变压器油的正冲击击穿电压,并显著延长了击穿时间。其中,乙酸修饰纳米粒子的改性效果最佳,将冲击击穿电压从纯油的84.73 kV提高到116.42 kV,提高了37.4%,击穿时间延长至纯油的1.68倍。纳米粒子表面修饰增大了油中浅陷阱的密度,改变了油中流注的发展形态,显著抑制了流注的发展速度,从而提高了变压器油的冲击击穿性能。

天然酯绝缘油对220 kV电力变压器主绝缘性能的影响分析

为了分析天然酯绝缘油对高压变压器绝缘性能的影响,本研究以一台220 kV电力变压器为研究对象,对其进行波过程计算得到雷电冲击全波下的节点电位与油道梯度电压,并建立变压器主绝缘电场计算模型得到工频及雷电全波电压下的电场分布,再计算绝缘裕度。结果表明:天然酯绝缘油变压器在工频下主绝缘裕度较大,而在雷电全波下该值较小。通过改进天然酯绝缘油变压器的绝缘结构,可缩小天然酯绝缘油变压器中压、高压绕组间主绝缘距离约6%,增大调压绕组匝绝缘厚度及角环半径,可使其在雷电全波下的绝缘裕度最小值提高15%,同时有效节约了成本。

基于分子动力学仿真的混合油中水分子扩散行为及其介电常数研究

绝缘油是油浸式变压器内绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对电力系统的稳定运行至关重要。实验研究表明植物油与矿物油共混可有效提升其绝缘性能,但改性机理尚不明确。该文利用分子动力学研究了植物油、矿物油不同共混比例下油中水分子的扩散行为及其介电常数。结果表明:随着植物油占比增加,水分子的扩散系数逐渐降低,抑制了油中“水桥”的形成,提升了混合油的绝缘性能。水分子与混合油组分分子之间相互作用能与氢键计算结果表明,植物油中强极性基团的引入增大了混合油与水分子的相互作用能与氢键数目,抑制了水分子的热运动,导致其扩散系数降低;而随着植物油占比增加,混合油的静态介电常数显著增大,且随着含水量的提高显著上升,这是由于水分子及植物油中强极性基团的引入增大了混合油中参与极化的粒子数目,导致体系介电常数显著增高。综上所述,强极性基团是影响混合油绝缘性能的重要因素,共混时需综合考虑其对水分子扩散行为的抑制及对介电常数的增大效应,以达到提升混合油绝缘性能的目的。

绝缘纸在矿物油与菜籽油基天然酯中的加速热老化特性分析

天然酯较矿物绝缘油具有燃点高、可降解性好并且能延缓绝缘纸热老化速率等优点,作为提升变压器寿命或短时过载能力的液体绝缘介质正受到广泛关注。本文选取我国食用油中占比较大的菜籽油作为基油制备天然酯绝缘液,通过试验比较不同含水量绝缘纸在菜籽油基天然酯和矿物油中的加速热老化特性,并研究了氧气对绝缘纸在两种不同绝缘液中的加速热老化特性的影响。结果表明:在相同温度下,含水量是影响绝缘纸热老化速率的主要因素,氧气会降低菜籽油基天然酯对低含水量绝缘纸热老化速率的抑制作用。结合绝缘纸在绝缘液热老化过程中比强度与聚合度的实测数据,导出得到考虑含水量和氧气影响的绝缘纸纤维素分解反应数学模型,应用该模型可以对绝缘纸在绝缘液中的热老化过程和寿命进行预测。

LDPE在植物绝缘油和矿物绝缘油中的直流击穿特性研究

随着特高压远距离输电的大规模建设,植物绝缘油取代矿物绝缘油可能成为未来的发展趋势。为了分析不同环境下低密度聚乙烯(LDPE)在不同绝缘油中的直流击穿特性的差异及原因,分别在植物绝缘油和矿物绝缘油中进行了LDPE的直流击穿实验,并通过仿真分析绝缘油放电过程对于LDPE试样击穿的影响。结果表明:LDPE在植物绝缘油中的电气强度明显高于在矿物绝缘油中的击穿强度;两种绝缘油中,试样的沿面闪络特性及击穿点位置也有不同。植物绝缘油放电产生的场强较小,因而植物绝缘油中的LDPE电气强度更高;绝缘油放电过程的差异也是沿面闪络特性及击穿点位置产生差异的原因。

基于气液两相及光电离的酯基绝缘油流注放电模拟

流注放电是一个非常复杂的多尺度、多物理场耦合过程,目前尚无准确的模型能描述其发展过程。相变及光电离是影响流注演变的重要因素,但现有流注放电模型很少将其影响考虑到模型内。为分析二者对流注放电的影响,该文在COMSOL中建立针/板放电几何模型,以酯基绝缘油为研究对象,基于电流体动力学模型,以相变温度为临界点,分别构建气相和液相下的电离机制。此外,建立了与电场阈值相关的光电离数学模型。结果表明,光电离的引入促使优势流注分支的产生,且光电离主要发生在优势流注头部区域。由于高温区域主要集中在针尖处,气相区域会随着局部温度的升高而产生,在电场作用下,气相区域发生碰撞电离,在针尖处产生更多的小流注分支。气相区域对主流注的传播速度几乎没有影响,主流注的传播速度主要受场致电离和光电离的控制。光电离在流注头部产生了更多的载流子,促使改进模型的主流注以更快的速度传播,从而易实现传播模式从慢速到快速的转换。该文可为酯基绝缘油快速流注的产生机理提供新的研究思路,为提高其击穿电压提供指导依据。

纳米改性植物绝缘油电气特性的研究进展

植物绝缘油因其绿色可再生的特点以及优异的防火性能获得了广泛的关注,而纳米粒子可以有效提升植物绝缘油的电气性能。本文从介质损耗因数、体积电阻率等方面总结了纳米粒子对植物绝缘油电气特性的影响,并讨论了纳米粒子种类、浓度、表面改性对植物绝缘油击穿性能的影响。结合纳米改性对矿物绝缘油与植物绝缘油电气特性的作用效果差异,总结归纳了当前纳米改性植物绝缘油的研究难点,并展望了纳米改性植物绝缘油的研究方向与前景。

酯基绝缘油:研究进展与未来趋势

酯基绝缘油因其低碳排放、高安全性和环保优势,被视为潜在的下一代变压器绝缘油。在人口密集的都市、高速大容量轨道交通、海上风电、水源地和森林等环保区域,其具有广阔的应用前景。酯基绝缘油与矿物绝缘油在分子结构上存在差异,因此理化和电气性能有所不同。为此,综述酯基绝缘油的研究现状,通过对合成酯、天然酯与传统矿物绝缘油的对比分析,探讨酯基绝缘油在提升电气设备安全性和环境可持续性方面的潜力,并指出未来研究应关注的关键问题。

植物绝缘油纸匝间绝缘的电气性能研究

本研究搭建了匝间绝缘试验平台,并在雷电冲击电压、操作冲击电压和工频电压下开展了植物绝缘油纸绝缘和矿物绝缘油纸绝缘的耐压试验。结果表明:在工频电压下,植物油纸绝缘的击穿电压高于矿物油纸绝缘;在操作冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略高于矿物油纸绝缘;在负极性雷电冲击电压下,植物油纸绝缘的击穿电压略低于矿物油纸绝缘。考虑到不同规格导线匝间绝缘的击穿电压存在差异,为指导植物绝缘油变压器的匝间绝缘设计,基于试验结果,采用有限元法对矿物油纸匝间绝缘和植物油纸匝间绝缘的场强进行仿真计算,结果表明击穿电压下矿物油纸匝间绝缘的最大场强高于植物油纸匝间绝缘。

旋转圆盘电极原子发射光谱法检测变压器油中金属及污染物元素含量及其不确定度评估

本文采用旋转圆盘电极原子发射光谱法(RDE-AES)测定变压器绝缘油中银、铝、钡等21种金属及污染物元素含量,考察了圆盘电极浸油深度以及油样均匀化方式对检测结果的影响,并用标准油和绝缘油样品对实验方法进行了验证。结果表明:当选择圆盘电极浸油深度为其直径的1/3时,超声3 min且用力摇匀后检测,检测结果相对误差较小。各元素检出限为0~1.07μg/g,相对标准偏差(RSD,n=6)为0.7%~2.9%,除V元素外,其他20种元素加标回收率为96.64%~110.01%。对绝缘油中P元素含量进行A类和B类不确定度评定,并对各分量不确定度进行合成和扩展,得到不确定度为(8.34±1.06)μg/g(k=2),此不确定度主要来源于工作曲线的标准油样、测量重复性和日常标准化过程。

变压器油中微生物的生长规律及污染控制措施研究

变压器油在贮存、使用和运输过程中易发生微生物污染,影响其品质和绝缘性能。本研究主要考察温度和湿度对变压器油中微生物生长的影响,分析变压器油处理前后的品质变化,识别变压器油的官能团结构和有机物种类,提出有效处理变压器油微生物污染的方法。结果表明:变压器运行油和故障油中均含有枯草芽孢杆菌、利用糖产酸的杆菌、利用糖产酸产气的杆菌和不利用糖产酸产气的球菌,故障油中的微生物数量远大于运行油,其中枯草芽孢杆菌数量最多;新变压器油中未培养出微生物。高温能够抑制变压器油中微生物的生长,当温度为60℃时,微生物不会完全灭活,一旦温度恢复至37℃,又重新开始生长繁殖。在37℃下,当油水质量比为99∶1、49∶1、19∶1和9∶1时,4种细菌均存在,且随着油水质量比升高,菌株数量增大。采用高压灭菌+分子筛粗滤+超滤的再生处理方法可使污染的变压器油变得清澈透明,且检测不到微生物的存在,再生油中主要含有O-H、C-H、C=O键和不饱和键。经过再生处理后,变压器油的击穿电压和体积电阻率分别由29.67 kV和5.70×10^(10)Ω·m升高至49.50 kV和4.68×10^(11)Ω·m,介质损耗因数由6.052%下降至0.215%,满足DL/T 1419—2015的指标要求。

天然酯混合绝缘油的长效抗氧化性能研究

天然酯绝缘油由于其高燃点、绿色环保的特点,且主要理化电气性能能够达到电力用油要求,目前已在配电变压器中得到了广泛的应用。然而相比矿物绝缘油,天然酯存在运动粘度较大、倾点较高和氧化安定性较差等问题,使其应用环境受到限制。针对上述问题,本文对常见的几种抗氧化剂进行了抗氧化活性评估,测试了抗氧化剂对混合酯类绝缘油的氧化安定性与介电性能的影响,并进行了复配实验,以提前评估抗氧化剂在绝缘油中应用效果,为混合油的抗氧化剂选取提供依据。本文为酯类绝缘油的研制与性能提升提供了一定的理论指导。

微纳米复合纤维深度再生绝缘油性能研究

绝缘油在持续高温、电场作用以及铜铁金属催化的影响下,会经历老化过程并生成各类杂质,干扰电气设备的稳定工作,因此,需要定期对绝缘油进行更换或者净化处理来保证设备工作稳定。传统的净化方法效率低下,无法清除细小颗粒和酸降解产物。为改善老化绝缘油的净化工艺,采用静电纺丝法制备了不同聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride,PVDF)质量分数下表面改性微纳米复合纤维滤膜。通过对微纳米复合纤维膜的表面形貌进行表征,PVDF微纳米纤维的直径随着所配混合溶液中溶质质量分数的增加而逐渐增大。同时,纳米纤维晶体结构的α相的含量逐渐减少,β相的含量则呈现增加的趋势。表面改性的微纳米复合纤维膜具有较高的疏水性,其水分滤除率达98.8%,将老化油的击穿电压提高了50.38%,在很大程度上恢复了其绝缘性能。通过静电纺丝制备的表面改性微纳米复合纤维滤膜有效滤除了老化绝缘油中存在的水分和带电胶体,为绝缘油回收提供了一种更实用的方法。

乌桕籽绝缘油的电气性能及其热老化特性研究

为研究乌桕籽油作为变压器用天然酯绝缘油的可行性,将乌桕籽油经过脱胶、脱酸、脱色和脱水等精炼处理后得到乌桕籽绝缘油,将其与矿物绝缘油进行理化性能和电气性能对比,并在130℃条件下进行加速热老化试验,研究其热老化特性。结果表明:乌桕籽绝缘油主要的脂肪酸成分为多不饱和脂肪酸,其理化性能和电气性能符合相关标准要求,其运动黏度和介质损耗因数大于矿物绝缘油,但燃点远高于矿物绝缘油;在130℃下经过250、500、750、1 000 h热老化后,乌桕籽绝缘油的颜色变化程度小于矿物绝缘油,且拥有高于矿物绝缘油的击穿电压,但是介质损耗因数的增幅较大。

变压器油中微生物代谢产物性质研究

随着变压器的长期运行,变压器油中会产生微生物,微生物代谢产物会影响变压器油的品质。本文结合三维荧光光谱(3D-EEM)、紫外光谱和红外光谱(FTIR)分析变压器油中微生物产生的胞外聚合物(EPS)含量、组成及结构的变化,对比分析新油及故障油中有机物的种类,考察EPS对变压器油品质的影响。结果表明:变压器油长期运行会生成C=C和C=O特征官能团,颜色加深,在波长为190~400 nm的近紫外区吸光度明显增大。新油、运行油及故障油中蛋白质(PN)含量始终高于多糖(PS)含量,PN是EPS的主要成分,故障油EPS的荧光发射等高圈的数量减少,主要存在O-H、C-H、C=O和不饱和键。与新油相比,故障油中含水量最多增大5倍,酸值提高40倍。

天然酯绝缘油对110kV电力变压器主纵绝缘强度的影响分析

为了分析天然酯绝缘油对电力变压器绝缘性能的影响,首先分别对相同绝缘结构的110 kV天然酯绝缘油与矿物绝缘油电力变压器进行绕组波过程计算,得到两种变压器的纵绝缘裕度。然后分别以工频下线性分布的绕组电位和波过程计算出的非线性绕组电位为激励,对两种绝缘油变压器主绝缘的复合电场进行仿真计算,并对其分布特性进行对比分析。最后运用全域电力线扫描法计算了两种绝缘油变压器的主绝缘裕度,并针对天然酯绝缘油变压器主绝缘强度薄弱的问题进行了结构改进与效果分析。结果表明:通过增设绝缘纸筒及调整油隙尺寸,改进后的天然酯绝缘油变压器最小绝缘裕度提高了15.8%,满足了主绝缘强度要求,为开发大型天然酯绝缘油变压器及结构优化提供了参考依据。

天然酯绝缘油在变压器中的应用研究与探讨

本文分析了天然酯绝缘油的基本特性,介绍了一台采用天然酯绝缘油的110 kV油浸式变压器在电气结构设计、绝缘油工艺处理等方面的基础研究结果,并与同等级的矿物绝缘油变压器进行对比,对天然酯绝缘油在电力变压器中的应用进行了探讨。结果表明:当天然酯绝缘油应用于110 kV及以下电压的变压器时,电气结构设计原则可参照矿物绝缘油变压器标准。使用天然酯绝缘油时绝缘件的浸渍处理和密封胶垫的选用与使用矿物绝缘油时有较大差异。天然酯绝缘油在贮存与运输过程中要避免与空气接触,防止氧化。天然酯绝缘油的运动黏度对变压器的温升影响明显,结构设计时要进行相应地修正。基于天然酯绝缘油的优异特性,其在电力变压器领域具有广阔的应用前景。