【摘 要】
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油纸绝缘系统老化状态决定变压器使用寿命。天然酯具有环保性能优、燃点高、显著延寿的突出优势。近年来,电网中老旧变压器数量增长迅速,为了更好应用天然酯实现变压器延寿,本文开展了置换不同类型天然酯对油纸绝缘热老化特性及延寿效果影响的对比分析研究。围绕三种典型油纸绝缘体系（矿物油-纸绝缘体系、PFAE油-纸绝缘体系、FR3油-纸绝缘体系）,首先,开展了置换不同类型天然酯对油纸绝缘延寿微观机制的理论分析研究
【基金项目】
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国家电网公司科技项目“混合绝缘油变压器关键技术研究”（项目编号:1042012910170391）,2019.9-2019.12； 国网山东省电力公司科技项目“天然酯绝缘油对纤维类绝缘材料的老化抑制研究”（项目编号:H20190688）,2019.10-2022.6； 2021年国家自然科学面上项目“多元混合绝缘油“结构-组分-性
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油纸绝缘系统老化状态决定变压器使用寿命。天然酯具有环保性能优、燃点高、显著延寿的突出优势。近年来,电网中老旧变压器数量增长迅速,为了更好应用天然酯实现变压器延寿,本文开展了置换不同类型天然酯对油纸绝缘热老化特性及延寿效果影响的对比分析研究。围绕三种典型油纸绝缘体系（矿物油-纸绝缘体系、PFAE油-纸绝缘体系、FR3油-纸绝缘体系）,首先,开展了置换不同类型天然酯对油纸绝缘延寿微观机制的理论分析研究,然后,开展了热老化过程中置换不同类型天然酯对油纸绝缘热老化行为及延寿效果影响的试验分析研究,最后,以110 k V变压器为对象,开展了置换不同类型天然酯对变压器油纸绝缘电场和热场分布影响的对比分析。本文取得的主要结果及创新如下:（1）基于分子动力学和密度泛函理论论证了通过置换天然酯实现纤维素延寿的可行性。与传统矿物油相比,天然酯能更有力的束缚油纸绝缘中老化产物,减缓纤维素酸水解进程,置换天然酯可显著延缓纤维素机械性能下降速率;天然酯中进入纤维素晶区的水合氢离子更少且纤维素晶区与水合氢离子的结合能更低,是天然酯提升纤维素极限聚合度的主因。（2）试验研究获得了置换PFAE油和FR3油对延缓纤维素老化效果的差异。持续热老化中,PFAE油-纸绝缘组合体系的老化速率和矿物油-纸绝缘组合体系相近,FR3油中热稳定纸及纤维素纸板具有最低的老化速率,为矿物油中和PFAE油中的40%。老化中期换油处理,置换FR3油后绝缘纸聚合度显著提高,置换PFAE油后绝缘纸聚合度与置换前相近。油品置换后,油中酸值上升,置换为PFAE油的样品中糠醛含量上升,置换为FR3油的样品中糠醛含量下降。（3）仿真分析获得了置换不同类型天然酯对变压器油纸绝缘电场和热场分布影响的差异。电场分布对比结果表明,与矿物油-纸绝缘相比,天然酯-纸绝缘中电场分布更均匀,绝缘油中电场强度降低,绝缘油更不易击穿;热场分布对比结果表明,在入口流速相同、负载率相同的情况下,天然酯与矿物油在绕组中的流速差异较小,热点温度较矿物油纸体系低约2.25%,可以显著延长变压器寿命。
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