氢氧化镁@GNP复合阻燃剂的制备及其阻燃性能

氢氧化镁(MH)因无卤无毒环境友好的特点广泛用于聚烯烃(PO)线缆材料的阻燃,而随着电线电缆性能的不断提升使MH的应用面临更多的挑战。为实现绿色可控制备MH阻燃剂,以轻烧镁和石墨烯微片(GNP)为原料,采用水化法制备MH和MH@GNP纳米复合阻燃剂。利用正交试验设计优化,在球磨时间6 h、水热反应温度110℃和水热反应时间2 h的条件下获得了MH以及MH@GNP,形成了粒径尺寸在200 nm左右的片状MH包覆二维GNP的结构。在阻燃剂质量分数为50%的条件下,与商业MH阻燃剂产品(CMH)相比较发现,所制备的MH具有较好地抑制燃烧和降低热释放的作用,而且MH@GNP能够使无卤阻燃PO复合材料的极限氧指数达到28.2%,垂直燃烧等级达到UL94 V-1级,相较纯PO材料,PO/MH@GNP的热释放速率峰值下降55%、总热释放量下降54%。研究结果揭示了以轻烧镁作为原料的水化合成方法是一种高效无污染无副产物的绿色制备技术,能够可控制备具有一定形貌和粒度的MH阻燃剂,获得粒径为200 nm的MH薄片,同时,与二维GNP相结合,能够可控制备具有包覆结构的MH@GNP纳米复合阻燃剂,实现了阻燃性能的显著提升。

可陶瓷化PE/EVA/MH/PCS复合材料阻燃性能与绝缘性能研究

低烟无卤阻燃聚烯烃材料已成为保护人类生命及财产安全、保障生产生活正常进行的重要材料而得到广泛的应用,但因无机阻燃剂阻燃效率低而需要高添加量,使其阻燃材料综合性能降低,影响在高端领域的应用。该文采用聚碳硅烷协同氢氧化镁阻燃改性聚乙烯/乙烯–醋酸乙烯酯共聚物复合材料,研究聚碳硅烷(polycarbosilane,PCS)与氢氧化镁(magnesium hydroxide,MH)之间的协同作用及阻燃剂微观相分布对复合材料阻燃性能、燃烧行为及电性能的影响。实验结果表明,当阻燃剂总添加量为40%时,复合材料的极限氧指数达到28.3,热释放速率峰值降低了38%,总热释放降低39%,燃烧性能得到改善;PCS不影响复合材料的热降解行为,在燃烧过程中形成无定形相将氢氧化镁分解生成的MgO颗粒粘结在一起形成致密的陶瓷化炭层;两步混制备方法影响MH的分布,有利于提高复合材料电性能,体积电阻率提升26%,电击穿性能提升22%。研究结果可为低烟无卤阻燃聚烯烃材料的开发及在高端领域应用提供理论支撑及实践基础。

亚毫米间隙负直流电晕放电Trichel脉冲特性

为了研究亚毫米间隙下Trichel脉冲放电特性及机理,搭建100~500μm电极间距的针-板电极放电系统,并配备光学采集系统观测负电晕放电过程,探究亚毫米间隙下电极间距及针尖曲率对伏安特性曲线、Trichel脉冲幅值频率和放电平均电流等的影响。亚毫米间隙空气电晕放电发展到锯齿波阶段过程中不存在无脉冲过渡阶段,在放电锯齿波阶段,亚毫米间隙负电晕放电发展到Trichel脉冲锯齿波阶段后难以过渡到辉光放电阶段,脉冲波形呈现伴有基底电流的锯齿波形式。针-板电极间隙越小,发生电晕放电所需的针尖曲率半径就要越小,但过小曲率半径的针尖电极会使板电极附近的电场高度发散,导致板前电晕放电保持较高的净电荷密度和碰撞电离率。在亚毫米间隙的针-板电极空气放电过程中,当电晕放电发展至板电极即将产生辉光放电时,板前电晕仍保持较高的碰撞电离率并产生二次电子,但针尖电晕还没有达到空气辉光放电所需要的发生电子雪崩的阈值。因此,与毫米级相比,在即将发生的辉光放电之前,电晕放电产生几十微安的基底电流,电晕放电向辉光放电转换过程变短甚至消失。

电力电缆局部放电的高频与特高频联合检测

为了对已敷设的电力电缆进行局部放电在线检测,并抑制现场测量时的干扰,采用高频(HF)与特高频(UHF)联合检测的方法,建立一套局部放电在线检测系统。该系统主要由HF和UHF传感器、信号调理单元、数据采集系统和上位机软件组成,通过HF信号和UHF信号的相互鉴别来去除脉冲型干扰信号。同时根据干扰信号和局部放电信号在频带及工频相位上的分布特点,提出基于复小波的多周期叠加干扰抑制算法。对缺陷电缆的试验结果表明,该系统能有效检测到局部放电的HF信号和UHF信号,局部放电检测灵敏度小于10 pc;对局部放电采集数据的处理结果表明,所提出的干扰抑制策略可很好地消除测量时的干扰信号。

换油条件下变压器油纸绝缘老化寿命评估研究

绝缘油作为变压器油纸绝缘的重要组成部分,其绝缘性能对油纸绝缘有重要影响,变压器通过定期换油清除油中杂质以提高其绝缘性能。为探索换油周期对变压器热老化寿命变化规律的影响,对不同换油周期的变压器油纸绝缘XY模型进行130℃下加速热老化试验,并在第15 d、30 d、45 d、60 d时进行换油前后模型变温介电谱测试、绝缘纸板聚合度测试、绝缘油酸值测试等试验。通过对换油后0.01~100 Hz频率段变温介质损耗曲线的绝缘油活化能与绝缘纸板活化能关系进行分析,提出了一种基于换油后中频段介电谱绝缘纸板活化能计算方法。通过上述计算方法构建老化平移因子,然后结合老化平移因子与二阶动力学模型构建不同换油周期、不同温度下的油纸绝缘结构寿命预测关系式。结果表明:随着换油周期的缩短,油纸绝缘寿命逐渐增加;根据提出的方法得到的油纸绝缘寿命预测结果与实际情况相符,验证了方法的有效性。

环氧-云母复合绝缘固化过程介电响应特性

为研究环氧-云母复合绝缘固化工艺条件对大型发电机绝缘质量影响的机理,采用频域谱法对电机线棒试品进行宽频介电谱测试。根据介电响应理论推导出介质损耗因数随频率和温度变化的关系式,同时实验研究了不同固化温度、固化时间下的介电参数频域特性。结果表明,170℃完全固化后的绝缘体系的介电响应特性要优于150℃和160℃时未达到完全固化的绝缘体系,固化后绝缘体系中小分子交联聚合成大分子,使能发生固化的极性分子大大减少,整体损耗也小于150℃和160℃下的损耗,且完全固化后的试样中各频率对应的损耗散点图也明显有一个收敛的趋势。研究表明,随着固化程度的增加,介质中容易发生转向极化的小分子逐渐减少,使同等频率下的松弛损耗相对于未固化时的损耗大幅度减小,固化后环氧-云母复合绝缘体系的介电性能有大幅度提高。

换油周期对变压器油纸绝缘老化性能影响规律

油纸绝缘老化评估的准确性决定了变压器的使用寿命,为研究不同换油周期对变压器油纸绝缘老化状态影响的变化规律,该文制备了三组变压器XY等效模型,并进行不同换油周期的加速老化试验,在不同老化天数时进行频域介电响应测试以及变压器油中的水分、酸值、绝缘纸板聚合度的测试。根据对比实验结果发现:换油周期越长,曲线拐点越明显,随着温度升高,曲线拐点向高频移动;换油周期越长,换油前后介质损耗因数曲线在低频段下降越明显,随着测试温度的升高,换油前后在高频段重合程度越大;换油前后介质损耗因数曲线不同,频段平移方法计算绝缘纸板活化能大小基本相同,同时建立换油周期内后酸值增量与绝缘纸板聚合度的定量计算关系。该文通过对比实验,分析不同换油周期对变压器内部绝缘老化影响的变化规律,提出换油前后变压器等效模型油纸绝缘中绝缘纸板活化能的计算方法,为后续研究换油周期、老化温度与变压器油纸绝缘寿命的定量表征建立了理论基础。

基于介电响应技术的变压器油纸绝缘含水率数值评估方法

变压器绝缘纸板中的含水率是评估变压器内部绝缘老化的重要指标,为了运用介电响应技术测量变压器绝缘纸板含水率,首先对变压器XY等效模型及复合介质介电常数算法进行理论推导,得到绝缘纸板中含水率与XY等效模型介质损耗因数之间的关系,同时结合实验测试数据与频温叠加的基本思想,得出关于纯新油浸纸板复介电常数实部、虚部的具体表达式,将其代入绝缘纸板含水率与损耗因数的关系式中,得到迭代拟合算法。为进一步验证上述含水率拟合算法有效性,现阶段本文在实验室条件下制备了三种不同比例的XY等效模型,在不同温度条件下进行模型损耗因数测试,应用IDAX-300绝缘纸板含水率测试软件与本文迭代算法对测试结果分别进行拟合计算,发现试验中本文迭代拟合算法计算含水率平均误差为4.83%。

直流叠加高频交流方波电场下乳化液电脱水试验研究

为了提高原油乳化液破乳效果和电脱水效率,提出采用直流叠加高频方波电场进行原油电脱水的方法。在实验室中开展了直流叠加高频方波电场下乳化液电脱水试验研究,分析该方法下乳化液中水滴的聚并机理,并借助于高速相机观察了乳化液中水滴的运动及水链的消散过程。理论与试验结果表明:采用直流叠加高频方波电场可充分发挥直流和方波电场下的各自脱水优点,使水链易于消散,保证脱水电场的稳定,提高乳化液的电脱水速度和脱水率,且叠加高频交流方波含量在10%～20%范围内,脱水效果最佳,研究结果可为原油生产现场的脱水工艺改进提供参考。

油纸绝缘老化评估的Davidson-Cole模型参数提取方法

针对目前变压器油纸绝缘老化状态评估中的纸板聚合度测定破坏性取样、介电响应法测量没有定量判据等问题,提出一种基于Davidson-Cole模型的现场绝缘老化状态定量评估方法。首先仿真研究Davidson-Cole模型参数提取方法,借助现场测量的去极化电流数据,计算出油纸绝缘等值电路参数与频域复介电常数,并利用所得数据绘制Davidson-Cole图,采用多变量最小二乘拟合方法得出松弛时间、介电常数变化量等Davidson-Cole模型参量。实验研究了油纸绝缘不同老化程度的Davidson-Cole模型,采用非线性拟合方法对其老化状态进行Davidson-Cole模型参量提取并分析参数变化,研究结果表明,模型参数与老化程度有直接关系,仿真结果与实验结果一致,对变压器油纸绝缘老化状态评估有参考价值。

变压器油纸绝缘老化含水率频域法定量评估

变压器由于老化和受潮等因素使得内部油浸纸板含水率大大升高,文中以变压器等效模型及复合介质介电响应模型为基础,同时结合实验室数据与频温叠加等基本理论,得到了一种变压器内部油浸纸板中含水率的定量计算方法。为验证算法的有效性,设计了常温下测试自然吸潮及加速热老化后等效模型的含水率分析性试验,从试验结果发现,对于自然吸潮模型,应用本文算法计算含水率的结果更接近于滴定值,拟合曲线的优度决定计算结果的准确性;对于老化后的模型, IDAX-300 拟合算法在较宽频率段测试老化后模型含水率时计算结果偏高;通过不同老化条件下油纸绝缘模型与变压器缩比模型进行试验验证,可得应用文中的算法,灵活选取计算频域范围,解决了老化后低分子产物对测试计算结果影响偏大这一问题,含水率的计算结果更接近于真实滴定值。

变压器油纸绝缘含水量的介电响应测量方法

针对目前变压器油纸绝缘结构中绝缘纸板内部含水量测量方法的局限性,应用宽频介电响应技术来实现变压器绝缘纸板含水量的无损测量.采用XY等效模型来模拟实际变压器的主绝缘结构,通过模型绝缘结构的频域介电谱测试,拟合得出绝缘纸板中的含水量.同时对不同温度下的油纸绝缘系统中绝缘纸板含水量测试,与传统化学滴定方法得到的纸板含水量的试验结果对比可以看出,应用宽频介电响应技术测量得到的绝缘纸板含水量与传统化学方法得到的绝缘纸板的含水量基本一致,可以满足现场变压器内部绝缘纸板含水量无损测量的要求.

变压器油纸绝缘老化介电谱特性及特征量研究

为了研究系统的老化状态和水分含量对油纸绝缘介电响应特性的影响,测量了在相同试验条件下,经过相同处理油浸纸板试样的去极化电流、频域介电谱以及含水率,获得时频域的介电响应特性曲线,利用最小二乘法、扩展Debye模型对去极化电流曲线进行拟合,分析拟合结果,得到热老化对松弛时间较长的扩展Debye支路影响较为明显;利用Davidson-Cole模型对不同老化程度及不同含水率试样的频域介电谱实测曲线进行拟合,并提取介电特性相关参数,得到松弛时间随老化程度加深和含水率的增大均呈减小趋势,此变化规律可用于对变压器油纸绝缘老化状态和含水率的评估。

低压电缆紫外光交联辐照箱通风冷却研究

为了解低压电缆紫外交联辐照箱内冷却空气速度、压力分布特点,建立该辐照箱三维实体模型.在一定假设条件和边界条件下,基于计算流体动力学(CFD)原理,对原始通风方案A和改进通风方案B进行内部湍流流场三维数值模拟.分析反射罩、分流板等结构变化对流场的影响,对比两种结构中电缆和高压汞灯的冷却情况.研究结果表明,采用集中气流先冷却电缆再冷却高压汞灯的改进结构,电缆周围空气流速提高,反射罩凹凸面间压差减少48%.通过增加紫外光汇聚光强和优化相应的通风结构可提高光交联生产效率,保证设备有效冷却.

纳米石墨/聚乙烯复合材料电导特性模拟仿真

为研究各因素对纳米石墨/聚乙烯复合材料电导特性的影响,在仿真计算的基础上绘制了具有不同微结构的纳米石墨/聚乙烯复合材料的电导率与外施电场强度关系曲线.通过改变纳米石墨的添加量、径厚比和取向程度设计了不同结构的纳米石墨/聚乙烯复合材料仿真模型,在其上下表面间施加直流电场后,利用COMSOL仿真软件基于有限元法模拟计算各模型内的电流密度分布,进而得到电流密度和电导率.研究结果表明:在纳米石墨的体积分数相同时,随着其径厚比和增加,在相同电场强度下复合材料的电导率显著增加;随纳米石墨沿外施电场方向取向程度的增大,复合材料的导电性明显提高.通过改变纳米石墨/聚乙烯复合材料的微结构可有效调控其电导特性.

基于热刺激电流的大电机VPI主绝缘电老化特性

为了研究大型发电机定子线棒主绝缘在不同电老化阶段的老化机理,利用热刺激电流(thermally stimulated current,TSC)法对少胶真空压力浸渍(vacuum pressure impregnating,VPI)定子线棒绝缘进行研究。主要分析了VPI绝缘TSC峰的形成机理,计算了不同TSC峰的特征参数,利用傅里叶红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)分析了绝缘材料含有的胶黏剂的基团变化,利用扫描电镜(scanning electron microscopa,SEM)观测了微观状态下材料形貌变化。试验结果表明:在所测–40~120℃区间内,VPI绝缘TSC谱为1条由转向极化和界面极化引起的双峰曲线,峰值温度分别在–5℃和70℃附近。随着电老化时间的增加,转向极化峰活化能略有下降,界面极化峰活化能明显上升,各峰曲线幅值及释放电荷量均有不同程度的增加。因此该研究结果为利用TSC法分析定子线棒主绝缘老化机理奠定了基础。

铜包铝高频线圈损耗的理论计算方法

为了在无线电能传输系统中,减小因高频电流趋肤效应和邻近效应产生的电阻损耗,提高线圈电能传输的利用率,针对铜包铝(CCA)线圈建立了电阻计算模型,分析导线内部电磁场的变化规律,同时结合电磁场边界条件,分别得到趋肤效应和邻近效应产生的交流电阻的解析计算表达式,通过仿真计算发现,在高频趋肤效应的影响下,体积分数较小的CCA导线的电阻值较大,随着频率的增大,趋肤效应增强,不同体积分数CCA导线的电阻值将趋于一致。在外界交变磁场的影响下,当频率较低时,纯铜导线内部涡流损耗密度较高,纯铜导线电阻大于CCA导线电阻,随着频率的增大,存在临界频率使二者电阻相等;当频率继续增大时,CCA导线内部涡流损耗密度增加,其电阻值大于纯铜导线。CCA导线周围的磁场强度分布与导线及磁场施加角度?有关,当?值(0°~360°)不同时,磁场强度以螺旋上升方式分布。根据实测高频下CCA导线线圈的电阻曲线,对比解析理论计算电阻曲线发现,解析表达式可满足实际测试要求,对高频下CCA导线的线圈损耗分析具有一定指导意义。

侧基聚合物型电光传感器及太赫兹波探测系统

太赫兹波及其相关领域研究近年来越来越受到重视,自由空间电光取样方法是探测太赫兹脉冲波的主要方法,其核心器件为电光取样传感器。传统电光取样传感器通常由无机ZnTe晶体材料构成,其电光系数较低,不利于太赫兹波的探测。研究了几种侧基型电光聚合物材料的特性,优选出了适合于制作电光取样传感器的新型电光聚合物材料,用该材料制作的电光取样传感器,不但具有较高的电光系数,而且性能稳定,克服了主客体型电光聚合物材料相分离问题。利用聚合物电光取样传感器构建了太赫兹波探测系统,实现了太赫兹脉冲的时域测量,与传统电光取样传感器相比,新型传感器的平均探测效率和光谱灵敏度都获得了显著提高。

基于介电响应的油纸绝缘寿命预测方法

油纸绝缘是油浸式电力变压器的重要组成部分,其绝缘寿命受热老化因素影响很大。因此,针对不同温度、不同含水率下的油浸纸板的寿命预测问题进行分析,提出一种应用平移因子和纤维素反应二阶动力学方程预测不同温度、不同含水率下的油浸纸板寿命的方法。首先,针对不同含水率的油浸纸板进行变温介电谱测试和130℃条件下的加速老化试验;其次,依据频温叠加的基本原理,将所测的介电损耗曲线进行计算平移,得到相应含水率油浸纸板的平移因子,根据平移因子计算相应油浸纸板的活化能,并得出油浸纸板含水率与活化能的关系式,重新构造平移因子表达式;最后,将130℃下测得的老化试验数据和平移因子代入纤维素反应二阶动力学方程,使得该模型可以计算不同温度、不同含水率下的油纸绝缘老化寿命。

油纸绝缘频域介电谱归算方法研究

变压器油浸纸板是其油纸绝缘系统的重要组成部分,其频域介电响应曲线受测试温度、纸板内部含水率的严重影响,为研究不同因素对其归算准确性的影响,首先,在实验室条件下制备多组不同含水率的油浸纸板试样,并针对不同含水率试样进行变温介电谱测试;其次,通过上述测试试验结果,提出基于特征频率点的频谱平移方法,并对不同含水试样的温度介电谱进行平移归算;最后,通过不同含水率油浸纸板频域介电谱平移归算结果发现,不同水分含量油浸纸板的弛豫时间活化能会影响温度介电谱的平移趋势,随着含水率的增加,油浸纸板弛豫时间活化能呈指数增加,因此,为更好地将频谱归算方法与含水率影响激活能量的关系相结合,根据试验结果对油浸纸板的激活能量与含水率进行了定量表征,对提出的平移归算模型进行了进一步完善,并验证了不同含水率下频谱曲线频率归算方法的有效性。