【摘 要】
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电力变压器是电力系统的核心部件,在电能转换和传输中承担着重要作用。变压器油-纸绝缘系统在多种应力下会发生老化,进而影响变压器的稳定运行。通过滤油/换油等操作可以延缓绝缘油老化,但纸绝缘的更换非常困难。因此,纸绝缘的老化状态决定了变压器的服役寿命。当前,围绕变压器纸绝缘老化状态的评估已经成为业界的研究热点。糠醛分析法由于具有可在线取样检测、含量高、性质稳定等优点,被认为是评估变压器纸绝缘老化状态的有
【基金项目】
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国家自然科学基金《基于频域介电组合特征量的变压器绝缘热点区域老化定量表征研究》（项目编号:52007036）；
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电力变压器是电力系统的核心部件,在电能转换和传输中承担着重要作用。变压器油-纸绝缘系统在多种应力下会发生老化,进而影响变压器的稳定运行。通过滤油/换油等操作可以延缓绝缘油老化,但纸绝缘的更换非常困难。因此,纸绝缘的老化状态决定了变压器的服役寿命。当前,围绕变压器纸绝缘老化状态的评估已经成为业界的研究热点。糠醛分析法由于具有可在线取样检测、含量高、性质稳定等优点,被认为是评估变压器纸绝缘老化状态的有效方法。然而,在变压器长期运行中,油中糠醛含量会受到多种因素影响而发生改变,进而影响糠醛评估的准确性。其中,纸绝缘中的水分以及绝缘纸板所占比例对油中糠醛含量的影响较为显著。当前,围绕糠醛在水分作用下的扩散特性及其影响机理、油-纸-纸板复合绝缘体系下的糠醛-聚合度（DP,Degree of polymerization）量化模型尚未得到研究。本文结合了宏观实验和微观分子动力学模拟,探究了纸绝缘中水分含量对糠醛动态扩散特性的影响。通过MS（Materials Studio）软件,分析了水分作用下糠醛在油-纸绝缘中的扩散机制,包括均方位移、相对浓度和相互作用能。通过在实验室内开展了一系列实验探究和理论推导,获得了不同油-纸-纸板质量比系统下的油中糠醛与绝缘纸聚合度之间的定量模型。论文取得的创新性成果主要有:（1）分析了糠醛在油-纸绝缘间的扩散规律,并揭示了水分对糠醛扩散特性的影响机制。首先,基于宏观实验数据和菲克扩散模型,获得了5种不同含水率下的糠醛在油-纸绝缘系统中的扩散系数和扩散曲线。其次,通过运用分子动力学模拟对糠醛动态扩散过程进行仿真,通过相互作用能分析揭示了水分作用下糠醛在油-纸绝缘中的扩散机理。研究结果有望提高糠醛分析法的理论水平,为基于油中糠醛的变压器绝缘纸老化评估提供依据。（2）提出了一种适用于不同油-纸-纸板质量比绝缘系统下的糠醛-聚合度量化模型。通过开展不同油-纸-纸板质量比条件下的绝缘样品加速热老化实验,考虑了绝缘纸板老化对传统的糠醛-聚合度模型的影响,构建了油-纸-纸板系统中的糠醛-聚合度模型。并且将油-纸-纸板系统中的糠醛-聚合度模型推广至任意油-纸-纸板质量比的条件下。研究结果有望提高糠醛分析法的准确性,有望提高基于糠醛的变压器绝缘纸老化评估的应用价值。（3）改进了油-纸-纸板系统中的糠醛-聚合度模型。通过引入聚合度累积损失的动力学方程,有效描述了绝缘纸板的老化规律。结合多种油-纸-纸板质量比条件下的糠醛-聚合度量化模型,建立了复合系统下油中糠醛浓度与绝缘纸聚合度的定量关系,获得了油-纸-纸板系统中油中糠醛浓度和绝缘纸聚合度量化模型。该模型有效避免了绝缘纸板老化对基于油中糠醛的绝缘纸老化状态评估结果的影响,同时适用于多种油-纸-纸板质量比的绝缘系统中。研究结果有望进一步提高糠醛分析法在现场变压器的应用价值。
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