低温下变压器油绝缘特性研究

论文摘要

特高压输电具备超远距离、超大容量、低损耗的送电能力,能够提高资源的开发和利用效率,缓解环保压力,节约宝贵的土地资源,具有显著的经济效益和社会效益,符合我国国情和国家能源发展战略。由于我国地域广阔,每年东北和西北地区极端最低气温平均值一般在-40℃左右。低温环境对输变电设备的电气性能带来一定影响。电力变压器是电力系统中主要电气设备之一,而且基本都是用变压器油来作为绝缘介质和冷却介质。目前对于低温下变压器油的绝缘特性研究相对较少。虽然多年前有学者研究过相关的内容,但是随着技术的发展,油的性能指标也在不断变化,又近几年随着特高压技术的发展,绝缘结构在发生变化对变压器油也提出了新的要求,因此进一步开展低温下变压器油绝缘特性的研究具有重要的工程实际意义。论文作者在阅读大量本门专业技术文献的基础上,系统阐述了变压器油绝缘特性的各种影响因素及其相互关系。影响变压器油电气性能的因素较多,其中对变压器油耐电强度有较大影响的主要因素包括变压器油中含水量、含气量、杂质、温度、流速等。论文重点研究低温对不同的含水量、含气量、杂质含量的变压器油的击穿电压的影响。结合论文研究搭建了低温下变压器油绝缘特性的试验研究平台,制定了试验方法及试验程序。选取克拉玛依DB—45变压器油作为试样,经真空滤油机处理得到多种不同指标的油样,即不同的含水量、颗粒度等。对不同的油样分别进行-20℃～10℃低温范围内的击穿电压试验,同时测量油样的相对介电常数和介质损耗因数,取得大量的第一手试验数据。对试验结果进行统计分析,探讨了低温对变压器油绝缘特性的影响规律。①变压器油的击穿电压与温度的关系较复杂。水分、杂质含量较多时,其击穿电压与温度的关系曲线呈现明显的“U”形特性（-20℃～10℃范围内）。即随着温度的降低,击穿电压先降低而后升高,在0℃左右出现最小值。水分、杂质含量很少时,“U”形特性不明显,随温度的降低,击穿电压反而有所升高。②含水量是影响变压器油击穿电压大小的最主要因素。③一般情况下,在常温试验条件下测得的变压器油击穿电压值不能代表其在低温环境下的击穿电压水平。④对于目前的超／特高压变压器用油标准,达到其指标要求的油样的击穿电压基本不受低温状况的影响。⑤变压器油的相对介电常数和介质损耗因数在-20℃-10℃范围内基本无变化。使用高速摄像机拍摄了变压器油击穿瞬间的发展过程。根据工程液体电介质“小桥”击穿理论,结合拍摄到的击穿过程,利用有限元分析方法,通过分析低温条件下油中水分、杂质等各类因素对击穿电压的影响,进一步探讨了在低温下变压器油击穿的机理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.3 本文的研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 变压器油的绝缘特性及其影响因素分析
• 2.1 变压器油的绝缘特性
• 2.1.1 击穿电压
• 2.1.2 介质损耗因数
• 2.2 变压器油绝缘特性的影响因素分析
• 2.2.1 变压器油击穿电压的影响因素
• 2.2.2 变压器油介质损耗因数的影响因素
• 2.3 本章小结
• 第3章 低温下变压器油绝缘特性的研究平台
• 3.1 试验所用的主要仪器及设备
• 3.2 试验方法
• 3.2.1 试品的制备
• 3.2.2 取样方法
• 3.2.3 油杯的准备
• 3.2.4 试验程序
• 3.2.5 试验注意事项
• 3.3 试验数据的分散性
• 3.4 库仑法测定油中水分的温度校正
• 3.5 本章小结
• 第4章 低温下变压器油绝缘特性试验结果及分析
• 4.1 温度对变压器油性质的影响
• 4.1.1 温度对变压器油理化特性的影响
• 4.1.2 温度对变压器油击穿电压的影响
• 4.1.3 温度对变压器油介质损耗因数的影响
• 4.2 低温下变压器油绝缘特性的试验结果及分析
• 4.2.1 新油的绝缘特性随温度的变化规律
• 4.2.2 干燥油的绝缘特性随温度的变化规律
• 4.2.3 颗粒度较大时不同含水量的油的比较
• 4.2.4 颗粒度较小时不同含水量的油的比较
• 4.2.5 相同含水量颗粒度相差较大的油的比较
• 4.2.6 相同含水量颗粒度相差较小的油的比较
• 4.2.7 含水量较大的油与新油的比较
• 4.2.8 相同含水量相同颗粒度不同含气量的油的比较
• 4.2.9 低温下变压器油绝缘特性试验结论
• 4.3 本章小结
• 第5章 低温下变压器油击穿机理的仿真分析
• 5.1 有限元分析方法的理论基础
• 5.2 变压器油的击穿过程及其电场仿真分析
• 5.2.1 变压器油的击穿过程
• 5.2.2 变压器油击穿机理的电场仿真分析
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论和展望
• 6.1 结论
• 6.2 进一步的工作和展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 攻读硕士学位期间参与的科研工作