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不同热老化时间下两种油浸绝缘纸的直流电场空间电荷特性

李伟  
【摘要】:电力变压器是能量转换的核心设备之一,其运行的可靠性直接关系到电网的运行稳定性和安全性。变压器中的绝缘纸在正常工作运行时,会在电场作用下产生空间电荷并影响材料内部的场强分布,也会在热应力的作用下进行热降解导致绝缘性能的劣化,这些都将影响绝缘纸的绝缘性能,减缓其使用寿命,直接威胁电力变压器运行的安全性。由于人们对绝缘纸热老化程度与空间电荷输运特性二者间关联的认识还很有限,这在一定程度上也阻碍了新型抗老化绝缘材料的研制,制约着电力变压器绝缘性能的发展。 本文较为系统地分析了不同热老化时间下新型NOMEX合成纤维绝缘纸和传统植物纤维素绝缘纸在外施直流电场作用下的空间电荷特性,分析了电场作用下和去压后绝缘纸体内空间电荷总量演变特性,讨论了空间电荷在两种绝缘介质体内的注入、迁移、积聚和衰减等电荷输运特性。最后,根据植物纤维素绝缘纸体内空间电荷总量衰减曲线的特性进行指数衰减函数拟合,以衰减时间常数τ和半衰期t1/2表征不同热老化状态绝缘纸中残留空间电荷的衰减能力。 研究获得的主要结论为:①NOMEX绝缘纸具有比纤维素绝缘纸高的空间电荷注入起始阈值。纤维素绝缘纸的空间电荷特性受热老化影响较大,电荷注入量逐步增大,注入速率逐渐减慢,注入起始阈值降低;NOMEX绝缘纸空间电荷特性在热老化过程中演变较小。②热老化初期,NOMEX绝缘纸体内残留电荷量和电荷消散速率均比纤维素绝缘纸小。热老化进一步减小了NOMEX绝缘纸体内残留空间电荷量和电荷消散速率,但增大了纤维素绝缘纸体内的残留电荷量,大幅减缓了电荷消散速率。③两种绝缘纸体内主导注入电荷的极性在热老化前后发生了显著改变,且纤维素绝缘纸体内主导电荷的注入速率大于NOMEX绝缘纸体内主导电荷的注入速率。④热老化增大了纤维素绝缘纸体内能级陷阱的分布密度和能级陷阱的陷阱深度,体内电荷迁移能力受热老化影响显著降低。电荷在NOMEX合成纤维绝缘纸体内的迁移和输运能力小于植物纤维素绝缘纸。⑤植物纤维素绝缘纸空间电荷总量衰减曲线较好的服从指数衰减函数分布,其衰减时间常数τ和半衰期t1/2可较好的表征体内残留空间电荷总量的衰减速率。


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