油浸式变压器匝间纸绝缘中水分扩散特性

匝间纸绝缘是决定油浸式变压器纵绝缘水平的重要绝缘结构之一,因其常由多层绝缘纸绕制而成,故水分在其中的扩散特性与在厚纸板中的有所不同。另外,相比于其他部位的固体绝缘,匝间纸绝缘要承受更高的温度和更快的温度变化,因此其内部水分的扩散更为明显。论文首先探讨了匝间纸绝缘与厚纸板在结构方面的差异,并在已有理论的基础上对典型匝间纸绝缘中水分的扩散过程建立了数学模型;然后设计了三类相同厚度、不同层数的纸绝缘模型,通过实验研究了典型纸绝缘在厚度方向上的水分分布特征及其随时间的变化规律,并研究了温度对水分分布和扩散速度的影响;最后将实验数据转化为离散形式并代入模型求解,获得了模型中特征系数与水分、温度的函数关系,研究了绝缘纸层数对水分扩散速度的影响。实验结果表明:温度对水分在多层绝缘纸中扩散速度的影响较为显著,同等厚度纸绝缘的层数越多,水分扩散就越慢。进一步分析发现,不同层数的纸绝缘模型所对应的特征系数之间存在差异,结合典型纸绝缘的结构特征分析表明,相邻纸层间微油隙的存在是造成这一差异的主要原因。

油浸纸绝缘热致气泡形成特性

工程经验表明,对运行年限较久、受潮严重的变压器而言,绕组内部的匝间纸绝缘可在一定温度条件下析出气泡,从而危害设备绝缘。鉴于此,首先制作了纸绝缘模型,以模拟实际变压器匝间结构在水分扩散和温度变化等方面的特性,并搭建实验平台来研究气泡起始的规律。然后通过改变温升速度、含水量和溶气量等条件,研究了气泡起始温度的变化规律。研究结果表明：气泡的出现依赖一定的温度条件,若将气泡形成时刻纸绝缘的温度定义为气泡起始温度,则纸绝缘温度上升速度越快,气泡起始温度越低;而在较缓慢的温度变化下,气泡起始温度较高且分散性较大;随着温升速度的进一步下降,气泡将难以形成。反复升降温实验中,气泡形成温度逐渐升高;在此过程中,气泡通常最先从纸的压边处出现,而后可从绝缘纸表面直接析出并聚集呈簇状,表明不同条件下出现的气泡在形态和位置方面可能存在差异。随着纸绝缘中含水量的减少,气泡起始温度迅速升高,且分散性逐渐增大。气体体积分数对气泡起始温度影响较大,当油-纸系统中的气体饱和度由5%增至25%时,气泡起始温度下降20～40℃;随着气体饱和度的进一步增加,气泡起始温度开始缓慢降低,且不同含水量条件下的气泡起始温度越来越接近,表明气体高度饱和的系统中水分质量分数对气泡起始温度的影响很小。本文研究结果可为评估增容运行油浸式设备绝缘状态提供一定参考。