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纳米SiO_2改性变压器油的热物性研究

刘腾跃  
【摘要】:随着社会经济的高速发展,人们对电网升级改造的需求日益增强,电压等级也因此不断提高。为了保证电网可以长期安全稳定的运行,这对作为输配电系统纽带的变压器提出了更高的要求,如何在不增大尺寸的情况下提高变压器的绝缘等级和散热性能是近年来研究的热点问题。20世纪末,就有学者的研究表明在液体中加入纳米颗粒可以提高基液的热导率,同时近年来有研究表明,在变压器油中加入少量的纳米颗粒可以提高绝缘特性,因此对现有的变压器油进行纳米改性处理或许可以有效的解决变压器所面临的问题。 本文以SiO2纳米颗粒和25#变压器油为例,通过实验研究了纳米改性变压器油的制备、稳定性、黏度以及热导率特性。旨在为改性变压器油在变压器中的仿真及实用化研究奠定基础。 首先研究了纳米改性变压器油的制备方法以及纳米颗粒在基液中稳定的机理。最终选择两步法制备了纳米Si02改性变压器油,同时采用了超声振动、机械搅拌和表面改性的方法来提高纳米改性变压器油的稳定性。通过对实验制备的改性变压器油进行稳定性的分析,结果发现,添加表面活性剂油酸存在最佳的添加量,过多过少的表面活性剂都会影响改性变压器油的稳定性,此外在20-100℃的范围内,温度越高改性变压器油的稳定性越好。 其次在制备出稳定的纳米改性变压器油的前提下,对其黏度特性进行了研究。实验结果表明添加纳米颗粒增加了变压器油的黏度,并且黏度的增加与纳米颗粒的体积分数呈非线性关系,对比经典的悬浮液黏度计算公式后发现改性后变压器油的黏度与经典理论计算值的结果偏差较大。在引入溶剂化层的模型后对经典公式进行了修正,修正后的理论计算值与实验结果吻合较好。此外本文针对改性后变压器油的黏度随温度变化的关系,同样进行了实验研究,并且根据实验数据选择合适的公式,拟合了改性后变压器油黏度随温度的变化关系式。 最后根据瞬态热线法的原理,本文搭建了测量液体热导率的实验平台,并对纳米改性后变压器油的热导率进行了测量。结果显示纳米改性后的变压器油热导率有所提高,并且热导率的提高随纳米颗粒体积分数的增大而增大。同时实验发现温度对改性变压器油热导率有显著的影响。此外我们根据实验数据拟合了纳米改性变压器油热导率随温度和体积分数的变化关系。


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