植物绝缘油理化及电气性能的研究

论文摘要

矿物油兼具良好的电气绝缘、冷却性能以及低廉的成本,在油浸绝缘高电压设备中已有一个多世纪的应用历史。但是,矿物油燃点、闪点低,不能满足高防火性能的要求;难以生物降解,一旦泄漏将会对水源、居住环境等造成污染。目前开发出的石油类高燃点油和难燃油,如α油、β油、硅油及Midel7131等,因成本太高,难以推广使用。因此,研究耐高温、高介电常数、可生物降解且成本适中的环保型液体绝缘介质是国际上关注的新课题。植物油用作绝缘油的研究与矿物油的研究是同时进行的。早期由于植物油凝点高、粘度大,因此仅被用作电容器的浸渍剂。自上世纪90年代以来,植物油作为液体绝缘介质的研究重新受到许多科学工作者的重视。植物油来源于天然的油料作物,可完全生物降解,闪点高于300℃。在利用基因技术研究高产、高品质植物油料作物取得突破和石油枯竭的新形势下,它将可能成为矿物油的绿色替代品。本文探索了将植物油提炼为绝缘油的方法,从微观角度研究了导致植物油和矿物油在宏观表象上存在相似性与差异性的机理,通过试验研究了植物油的各项理化及电气性能、氧化过程和生物降解率、以及植物油纸绝缘结构在电应力作用下的加速老化寿命模型,为植物油作基础油的液体绝缘介质的开发奠定了基础,填补了国内在植物绝缘油研究上的空白。研究发现,在选择基础油时,以油酸含量高的植物油为最佳。通过对植物油精炼过程中主要试验条件的控制,以及采用多次精炼的方法,可将植物油的酸值控制在0.03mgKOH·g-1以下。精炼后植物油的理化及电气性能均达到GB2536-90《变压器油》的要求。通常,高闪点绝缘油对应较高的运动粘度。植物油的粘度高于传统矿物油,但低于β油,因此制造适用于植物油的变压器是可行的。由于植物油中不饱和脂肪酸的双键具有较强活性,因此必须使用抗氧化剂。抗氧化剂的使用应采用复配的形式,其中以自由基吸收剂为主要的抗氧化剂,以增效剂为辅助抗氧化剂,并结合有抑制Cu、Fe等促氧化剂活性的金属离子螯合剂。研究发现:植物油在热老化时生成的气体中CO、CO2含量很高,这是区别于矿物油的主要特征;在CEC L-33-A-93方法规定的试验条件下,植物油的生物降解率远大于矿物油。由于植物油的介电常数比矿物油高,因此有利于改善了油纸绝缘中的电场分布,延长油纸绝缘的电老化寿命。研究表明,油纸绝缘在电应力作用下的加速寿命符合统计规律。本文采用双参数Weibull分布对油纸绝缘的平均寿命进行评估。试验得到的植物油纸绝缘的Weibull分布尺度参数α和等效击穿电压均高于矿物油

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 绝缘油的应用与发展
• 1.2 植物绝缘油的国内外研究现状
• 1.3 本文研究的目的和主要内容
• 2 将植物油提炼成绝缘油的原理及方法
• 2.1 概述
• 2.2 植物油的特性及原料油的选择
• 2.3 碱中和的原理及工艺
• 2.4 吸附脱色的原理及方法
• 2.5 减压蒸馏的原理及方法
• 2.6 碱中和及脱色试验的优化
• 2.7 小结
• 3 植物绝缘油的理化性能分析
• 3.1 概述
• 3.2 绝缘油的主要物理性能
• 3.3 绝缘油的主要化学性能及分析
• 3.4 植物绝缘油的理化性能试验结果
• 3.5 高运动粘度对变压器温升影响的计算分析
• 3.6 小结
• 4 植物绝缘油的电气性能研究
• 4.1 概述
• 4.2 液体电介质的基本电气性能
• 4.3 植物绝缘油电气性能试验结果及分析
• 4.4 小结
• 5 植物绝缘油的老化机理及降解机理研究
• 5.1 概述
• 5.2 植物油的空气氧化机理
• 5.3 植物绝缘油的热老化研究
• 5.4 植物绝缘油生物降解机理及方法
• 5.5 小结
• 6 植物油纸绝缘结构的电性能研究
• 6.1 概述
• 6.2 油纸绝缘结构的介电性能
• 6.3 植物油纸绝缘结构的加速寿命试验
• 6.4 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 未来工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 1. 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录
• 2. 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目情况