植物绝缘油是一种高燃点、可降解、可再生的绿色环保型液体电介质,目前在配电变压器领域得到了良好应用,然而大型植物绝缘油电力变压器的应用数目很少。其主要原因是植物绝缘油的分子组成与矿物绝缘油有很大的不同,与绝缘纸构成的液-固二相绝缘系统在同等运行条件下的劣化速率和产物均存在较大差异,相同放电故障下也表现出不同的发展特性,不能简单地将传统检测技术和法则直接套用于植物绝缘油电力变压器的状态评估和故障诊断。针对植物油纸绝缘热老化特性和电老化过程中局部放电特性的研究仍处于起步阶段,现有研究成果不足以指导植物绝缘油电力变压器的安全稳定运行。因此,系统研究热老化植物油纸绝缘放电特性及其对绝缘劣化的影响具有重要的理论价值和工程实际意义。本文针对以上问题,以菜籽油浸绝缘纸和大豆油浸绝缘纸为主要研究对象,以传统矿物油浸绝缘纸为参照对象,对比研究了热应力作用下不同油纸绝缘类型老化特性的差异,从分子及微观层面系统分析了热应力对植物油浸绝缘纸性能劣化和结构损伤的影响规律;研究了植物油浸绝缘纸气隙缺陷下的加速电老化现象,提取了和电老化状态紧密相关的局部放电特征参量,从放电机理方面深入分析了植物油浸绝缘纸在电老化过程中的局部放电发展特性;获得了热老化植物油浸绝缘纸在电应力作用下的局部放电图谱演变规律和绝缘劣化规律,并进一步揭示了放电信号特征与材料微观特征的关联机制。具体内容包括:(1)开展了大量加速热老化试验,对比研究了植物油浸绝缘纸和矿物油浸绝缘纸在热老化过程中性能劣化规律的差异和造成这种差异的原因。结果表明:植物绝缘油较强的亲水性和特有水解反应中水分的消耗,削弱了植物油浸绝缘纸热老化过程中水分对纤维素劣化的促进作用;植物油浸绝缘纸表现出明显更为优异的热稳定性能,且随着热老化的进行,植物油浸绝缘纸热裂解需要克服的能垒减小;外电场作用下植物油浸绝缘纸中松弛极化较为显著,热老化程度越高的植物油浸绝缘纸介质损耗在低频段增大更为明显。(2)系统研究了植物油浸绝缘纸表面官能团、聚集态结构及微观形貌随热老化时间的变化规律,分析了热应力对植物油浸绝缘纸结构损伤的影响,进而从分子和微观层面解释了热应力作用下植物油浸绝缘纸的老化过程。研究表明:热应力促进了植物油浸绝缘纸中酯化反应的发生,由此形成的“水屏障”进一步降低了水分与纤维素的接触概率;植物油浸绝缘纸热老化过程中纤维素无定形区的降解过程受到了一定程度的抑制;在相同热应力作用下,植物油浸绝缘纸纤维次生壁的分丝纵裂过程进展相对缓慢,保持了相对较好的机械硬度。(3)采用恒压法开展了植物油浸绝缘纸气隙缺陷下的加速电老化试验,提取了表征电老化状态的局部放电起始放电特征、电流脉冲波形特征和φ-q-n三维统计图谱特征,从放电机理层面分析了植物油浸绝缘纸和矿物油浸绝缘纸在电老化过程中局部放电特征参量的差异性。研究发现:相比于矿物油浸绝缘纸,植物油浸绝缘纸局部放电的起始放电电压低13%左右,起始放电量较小,初始相位角偏小;植物油浸绝缘纸气隙缺陷中较高的电负性气体和水分含量使得统计图谱中的“兔耳现象”更为明显,并抑制了二次电子崩的形成,电流脉冲重叠现象逐渐消失;植物油浸绝缘纸中有效自由电子的产生速率较高,相位前移更加显著,放电后期明显增多的脉冲次数是造成其最终击穿的主要因素。试验结果为有效识别植物油浸绝缘纸电老化阶段提供有价值的参考。(4)系统开展了不同热老化程度下植物油浸绝缘纸和矿物油浸绝缘纸的局部放电模拟试验,获得了电应力作用下热老化油浸绝缘纸的PRPD图谱演变规律,从微观层面分析了电应力对热老化油浸绝缘纸微观结构的影响。研究发现:热老化程度越高的油浸绝缘纸,放电脉冲的初始相位角越小、相位宽度越大、放电幅值越高,并且“兔耳现象”出现时间越早;临近寿命终点的植物油浸绝缘纸,其相位特征尤为明显,在放电初期脉冲的起始相位便超前于0°和180°,相位宽度甚至超过100°;电应力会对热老化植物油浸绝缘纸中的酯化反应起到明显的促进作用;相比于矿物油浸绝缘纸,热老化植物油浸绝缘纸在局部放电过程中的无定形区面积普遍较大,表面损伤程度较低,且形成了明显的“液滴”和晶状固体。(5)获得了不同局部放电阶段下热老化油浸绝缘纸的介电特性和空间电荷特性,并进一步建立了植物油浸绝缘纸局部放电发展特性与绝缘劣化的关联机制。研究发现:局部放电发展过程中,油浸绝缘纸表面的聚类结构会影响气隙壁上陷阱的形成过程,无定形区面积越大,带电粒子轰击产生的浅陷阱数目越多,引起放电相位的明显前移,导致放电次数的增多;相比于矿物油浸绝缘纸,热老化植物油浸绝缘纸表面孔洞相对较小且数目较少,局部电场畸变程度较低,使得放电幅值相对较小,并且“液滴”和晶体的形成促进了“兔耳现象”的发展。研究结果将为通过局部放电信号准确诊断植物绝缘油变压器的绝缘状态提供理论支撑。