礦用干式變壓器Nomex絕緣老化機理及評估方法研究.pdf

1、本文是國家自然科學基金面上項目“礦用干式變壓器Nomex絕緣老化機理研究”（項目編號：51577123）的主要研究內容之一，它是針對礦用干式變壓器主絕緣老化問題提出的。Nomex絕緣紙以其良好的機械性能、電氣性能及熱穩(wěn)定性被廣泛應用于高壓電機與變壓器。國內外絕大多數礦用干式變壓器采用了Nomex絕緣方式。礦用干式變壓器運行于煤礦井下溫度高、濕度大、干擾多的特殊環(huán)境中，常常遭受井下供電系統的各種過電壓及過電流的影響。這些因素聯合作用加速了

2、變壓器Nomex絕緣的老化，導致其電氣與機械性能下降，以致引發(fā)各種絕緣故障，并造成煤礦火災事故及無計劃停電事故。然而礦用干式變壓器Nomex絕緣的老化機理尚不明確，以致于無法獲知變壓器的絕緣狀態(tài)。因此研究礦用干式變壓器Nomex絕緣的老化機理及評估方法具有重要的理論價值和現實意義。
　　長期以來，在變壓器絕緣老化機理及評估方法上，國內外學者主要針對油浸式變壓器絕緣進行了深入研究，得到了絕緣油、絕緣紙及油紙復合絕緣的老化特征和機理，

3、并基于此提出了多種基于老化特征的絕緣評估方法。然而，關于礦用干式變壓器絕緣老化機理的研究較少，到目前為止尚未形成其絕緣老化的理論體系和評估方法。因此，本文以礦用干式變壓器 Nomex絕緣為研究對象，采用試驗與理論分析相結合的方式，對其電、熱老化機理進行了深入研究。并在此基礎上，對其評估方法進行了探索性研究，分別提出了基于老化特征參量的礦用干式變壓器 Nomex絕緣可靠性評估方法和基于局部放電統計特征PVT（price and volum

4、e trend）圖的礦用干式變壓器Nomex絕緣狀態(tài)評估方法。具體研究內容如下：
　　通過建立熱老化試驗系統，確定應力因子強度和老化策略，在溫度為180℃、水分為60％RH條件下，對Nomex絕緣紙進行了熱老化試驗，測量了不同熱老化階段Nomex絕緣紙的熱老化特征參數。分析了熱老化特征參量與絕緣老化狀態(tài)的對應關系，探討了Nomex絕緣紙的熱老化過程及機理。研究發(fā)現，Nomex絕緣紙在水分存在的情況下分解溫度明顯降低；Nomex絕緣

5、紙電氣性能參量下降不明顯，聚合度隨老化時間顯著下降；Nomex纖維寬度、纖維透明度及表面光滑度均隨老化時間呈下降趨勢。
　　通過建立電老化試驗平臺，設計匝間絕緣老化模型，對Nomex絕緣紙進行了1.6kV的電老化試驗，測量了不同電老化階段 Nomex絕緣紙的電老化特征參量。分析了電老化特征參量與絕緣老化狀態(tài)的對應關系，探討了 Nomex絕緣紙的電老化過程及機理，并比較了電、熱應力對Nomex絕緣紙老化影響的異同。研究發(fā)現Nomex

6、絕緣紙聚合度的老化規(guī)律與熱老化過程中類似，但相比而言下降速度較低；絕緣表面漿粕及纖維交叉處出現了很多局部缺陷，并沿著纖維伸展方向逐漸擴展，說明其分解始于這些絕緣薄弱環(huán)節(jié)。
　　基于Nomex絕緣紙聚合度、局部放電及微觀形態(tài)老化特征參量，分別建立了劣化模型、回歸模型和專家評判模型；將三種模型融合，提出了基于Nomex絕緣紙老化特征參量的可靠性評估方法，實現了多參量融合的可靠性評估。通過方法功能測試，驗證了可靠性分析方法正確性。