納米改性變壓器油的制備及其特性研究.pdf

1、隨著電力系統(tǒng)電壓等級越來越高,如何提高絕緣介質的絕緣特性一直是研究熱點之一。變壓器油作為電力變壓器中重要的絕緣介質,承擔了散熱和絕緣的雙重任務,因此,如何提高變壓器油的散熱性能和絕緣性能受到了更多關注。近年來,針對納米流體的研究表明納米流體與基液相比可以有效提高基液的熱導率,基于此,本文利用納米改性方法對變壓器油進行改性,并首次系統(tǒng)研究納米改性變壓器油的制備、穩(wěn)定性、熱導率、電導率以及高壓擊穿破壞特性,旨在為納米變壓器油的實際推廣運用奠

2、定理論和實踐基礎。
　　本文首先從納米改性變壓器油的制備出發(fā),研究了不同材料的納米顆粒制備方法,獲得了尺寸和形貌可控的納米顆粒。利用透射或掃描電子顯微鏡(TEM或SEM)和X射線衍射儀(XRD)分析了納米顆粒的形貌和微觀結構。采用碾磨、攪拌、超聲和表面改性等方法將自制和外購的納米顆粒分散到克拉瑪依25號變壓器油中,其外觀顯示不同納米改性變壓器油具有不同的顏色,且同一種納米改性變壓器油的外觀顏色深淺與納米顆粒的體積分數(shù)相關。利用透射

3、系數(shù)法測量了不同納米改性變壓器油的穩(wěn)定性。結果表明:納米顆粒的尺寸越小、體積分數(shù)越小、表面油溶性越強改性變壓器油的穩(wěn)定性越高。在此基礎上制備了不同種類的納米改性變壓器油。
　　本研究利用瞬態(tài)熱針法測量了不同納米改性變壓器油的熱導率。測試結果表明改性后變壓器油的熱導率均得到了不同程度的提高。將實驗測試結果與四種典型熱導模型預測值進行比較,發(fā)現(xiàn)實測值與計算值誤差較大。針對這一問題,本文在綜合考慮納米顆粒的形狀、表面吸附層、團聚和布朗運

4、動等影響熱導率因素的基礎上,提出了適合于納米改性變壓器油流體的通用熱導率模型,并將基于該新模型的理論計算結果與實驗結果進行了比較,發(fā)現(xiàn)新熱導率模型能夠正確反映納米改性變壓器油流體的熱導率變化規(guī)律。
　　本研究利用YX1154B型油料電導測定儀測試了納米改性后變壓器油的電導率,結果顯示不同納米改性變壓器油的電導率較純變壓器油有很大提高。且隨著納米顆粒體積分數(shù)和溫度的增加,電導率增加。改性變壓器油的電導率與體積分數(shù)呈線性增大關系,與溫

5、度則呈現(xiàn)出非線性增大關系。其增加幅度和變化規(guī)律與納米材料本身的電導率關系不大。研究首先利用經典的Maxwell電導率模型對不同納米改性后的變壓器油電導率進行了驗證。結果表明:Maxwell模型的預測值均遠遠小于實測值。在深入分析納米流體導電機制的基礎上,本文提出了基于靜態(tài)電導率和動態(tài)電導率的納米流體新電導率模型,并在動態(tài)電導率中考慮了納米顆粒的電泳和布朗運動,將新模型理論計算結果與實測值進行了對照,結果顯示一致性很好。
　　本研究

6、設計了用于納米改性變壓器油的交流擊穿電壓測試電路,并測量了納米改性變壓器油的交流擊穿特性。結果顯示不同納米改性后的變壓器油擊穿特性均得到了不同程度的提高,且在納米顆粒體積分數(shù)不大時,其擊穿電壓隨體積分數(shù)增大而增大。通過深入分析絕緣介質中添加納米顆粒后擊穿特性得到強化的機理發(fā)現(xiàn):自由電荷的時間弛豫常數(shù)遠遠大于流注發(fā)展到擊穿所需的時間?；诖?在忽略自由電荷影響的情況下,分析了在外加電場作用下納米顆粒表面極化電荷引起的電勢畸變分布規(guī)律。結果