绝缘胶对油浸层压纸板沿面闪络及局部放电特性的影响研究

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层压纸板作为油浸式变压器中的重要部件,由多层较薄的绝缘纸板通过涂抹绝缘胶压制而成。由于层间粘接和压制工艺复杂,以及不同种类绝缘胶对绝缘性能带来的负面影响,层间胶粘处成为发生沿面闪络和局部放电故障的薄弱点。研究绝缘胶对油浸层压纸板的沿面闪络和局部放电特性影响规律,并从微观形貌和分子结构上分析绝缘胶在放电过程中的变化,有助于正确认识该复合绝缘体系的放电机理和本质,从而为绝缘胶的选用、层压纸板结构设计和粘接工艺的改进提供依据。本文首先通过模拟实验的方法,研究了绝缘胶种类、电场分布情况、刷胶层数目、粘接工艺及胶层方向等因素对层压纸板闪络特性的影响;其次,重点研究了不同类型绝缘胶对层压纸板的局部放电特性的影响;最后,对比分析了放电前后粘胶界面的微观物理形貌及化学官能团变化,得到的主要结论如下:(1)获得了酚醛树脂胶、酪素胶、酚醛胶纸三种胶对层压纸板闪络特性的影响规律,研究发现三种胶中酚醛树脂胶的绝缘性能最佳,整面粘涂相比点粘更适合作为绝缘胶的刷涂方式,胶层是层压纸板绝缘结构中的薄弱环节,胶层垂直于外加电场时耐压强度更高。通过实验研究发现,绝缘胶所处电场越不均匀,闪络电压越高,沿胶层放电的概率越大;从绝缘胶类型来说,酚醛树脂胶的耐压强度比最差的酚醛胶纸高出6%,酪素胶耐压强度介于二者之间;层压数目(胶层数目)越少,闪络电压越高,五层压纸板的闪络电压较三层压纸板降低约7.8%;采用整面粘涂时层压纸板的闪络电压比点粘提高了约14%;胶层方向平行于外施电场方向时的耐压强度比垂直层向降低了18%。(2)获得了酚醛树脂胶、酪素胶、酚醛胶纸粘接的层压纸板的局部放电特性,研究发现绝缘胶的存在会使层压纸板相比单层纸板更容易发生局部放电,酚醛树脂胶的抗局放能力强于酪素胶,酚醛胶纸最差。局部放电实验测试结果表明,不刷胶层压纸板的平均起始放电电压为56k V,比酚醛树脂胶、酪素胶、酚醛胶纸粘接的层压纸板分别高出27%、26%、51%;不刷胶层压纸板最大放电量和单位时间放电次数明显小于刷胶的层压纸板,相对酚醛树脂胶、酪素胶、酚醛胶纸三种类型胶粘层压纸板,其最大放电量分别减少10.4%、19.6%、39.1%,单位时间放电次数减少32%、30%、43%。酚醛胶纸粘接的层压纸板最大放电量和单位时间放电次数均明显高于其他层压纸板样品(3)总结了三种绝缘胶和纸板结合界面的微观形貌特征以及放电前后绝缘胶化学官能团的变化,研究发现胶层的粘合状态和绝缘胶分子的官能团结构是层压纸板易于胶层发生放电的重要原因。通过SEM观察分析,发现胶粘处存在孔隙、气泡等物理形态上的绝缘缺陷,这些绝缘缺陷形成的微小油隙承受比固体绝缘更高的电场强度,使局部场强畸变,导致局部放电的发生。绝缘胶分子在放电过程中易发生断键,导致相应化学基团含量发生变化,断键生成了甲烷、乙烯等气体形式的低碳有机化合物,新键的形成释放能量加剧变压器油的气化,加上胶粘处自身的绝缘缺陷,此三种因素叠加进一步导致局部电场的畸变,促进了气体通道的形成,加快了放电进程,最终导致在层压纸板表面胶线形成闪络通道。
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