变压器油中微小杂质颗粒的产生是难以避免的。目前,绝缘油中杂质颗粒被认为是为威胁大型电力变压器安全可靠运行不容忽视的因素之一,也是国内外科研工作者关注的重要课题。矿物油和植物油是国内外大型变压器中大量应用的液体电介质,但目前对两种绝缘油中杂质颗粒的积聚行为尚不明晰,颗粒积聚对绝缘油绝缘强度的影响规律也尚不明确,且颗粒在两种油中积聚及其对绝缘性能影响的差异也鲜有探究。因此,通过试验与仿真分析相联合的手段,研究矿物油和植物油中杂质颗粒分别在交流和直流电压下的积聚特性,以及颗粒积聚对绝缘油击穿性能的影响规律,能为深入了解颗粒污染导致的变压器绝缘故障和更好地管控油品质量提供有价值的参考。本文首先开展交流和直流电压下含非金属颗粒(纤维颗粒)、金属铜颗粒、以及纤维和铜混合颗粒的矿物油和植物油的电流测试,记录油中颗粒运动和积聚行为,对比分析矿物油和植物油中颗粒积聚状态的差异,建立不同属性杂质颗粒的动力学和颗粒积聚仿真模型。其次,测试含不同浓度杂质颗粒矿物油和植物油在无预压和预压模式下的交流和直流击穿电压,构建油中杂质颗粒浓度与其交流击穿强度和直流击穿强度之间的量化关系。最后,分析杂质污染引起的油品导电特性和电场畸变特性,探究杂质颗粒对矿物油和植物油击穿强度影响的差异。论文取得的主要成果有:(1)获得了交流、直流电压下矿物油和植物油中杂质颗粒的运动和积聚成桥规律。通过试验分别获得了纤维颗粒、铜颗粒、纤维和铜混合颗粒积聚成桥的详细过程,以及颗粒积聚与油品电流之间的对应关系,按照电流变化特性将颗粒积聚形态划分为为四个阶段;分析发现直流电压分量和电压作用时间是颗粒积聚成桥的关键因素,植物油中颗粒运动速度和积聚速度均小于矿物油。(2)建立了多颗粒积聚仿真模型并实验验证了其准确性。联合运用颗粒动力学模型、菲克定律和拉普拉斯方程等构建了绝缘油中多颗粒积聚的仿真模型,提出了纤维颗粒、铜颗粒、纤维和铜混合颗粒在矿物油和植物油中积聚的仿真参数,通过试验观察颗粒积聚行为验证了仿真模型准确性,利用该仿真模型可分析不同电压形式下油中颗粒积聚行为及其对油中电场分布的影响规律。(3)构建了纤维颗粒、铜颗粒、纤维和铜混合颗粒的浓度与油品击穿强度的关联关系。含单一颗粒(纤维颗粒、铜颗粒)绝缘油的Weilbull特征交流击穿电压、Weilbull特征直流击穿电压均随颗粒浓度的增加而线性递减,而含混合颗粒(纤维和铜混合颗粒)绝缘油的Weilbull特征交流击穿电压和Weilbull特征直流击穿电压随浓度增加呈指数递减规律;同等颗粒浓度下,预压形式下的特征击穿强度比无预压形式下的特征击穿强度低;颗粒的存在和积聚会使油品导电率上升,电场畸变范围扩大,劣化油品电气性能。(4)揭示了植物油耐颗粒污染性能优于矿物油的原因。同等试验条件下,含杂质颗粒植物油的饱和电流低于矿物油,植物油中的电场分布畸变受颗粒积聚影响的程度也小于矿物油,使得含颗粒植物油击穿电压高于矿物油;此外,颗粒积聚行为仿真分析结果表明,植物油的运动粘度大于矿物油,这是导致植物油中杂质颗粒不易积聚的主因之一;分子模拟分析结果表明植物油与纤维素分子之间的相互作用能大于矿物油分子与纤维素分子之间的相互作用能,这也是导致植物油中颗粒不易积聚的主因之一。