Si2纳米改性变压器油的电导率和交流击穿特研究.docVIP

SiO2纳米改性变压器油的电导率和交流击穿特研究 （湖北省恩施职业技术学院恩施中国445000） 木文利用两步法制备了 SiO2纳米改性变压器油。测量了 SiO2纳 米改性变压器油在温度和纳米粒子体积分数变化情况下的电导率，结果研究表明: 改性后变压器油的电导率与纯变压器油的相当，并没有明显的增大。测量了 SiO2 纳米改性变压器油的交流击穿电压，结果表明：改性后变压器油的交流击穿特性 均得到了有效强化，但是SiO2纳米改性变压器油的交流击穿电压随纳米粒子的 体积分数增加有所减小。根据改性后变压器油中纳米粒子周围的势阱分布，成功 了分析了纳米改性变压器油的击穿强化机理。 引言 在电力系统输变电的过程中，变压器作为电能传输的纽带，是电力设备 中最重要和最关键的设备之一，其安全稳定运行关系到整个电网的稳定运行。运 行在系统中的变压器一旦出现严重事故，不仅会造成设备的自身破坏，还会中断 电力网的电能供应，给社会的生产和生活造成巨大的影响。大量针对变压器的故 障研究表明：因绝缘问题造成变压器的故障是变压器故障的最主要类型之一［1］。 尤其是随着电力系统的电压等级越来越高，长期运行在电力系统中的变压器绝缘 特性的逐步恶化问题显得更加突出，因此，改善变压器运行的绝缘特性，抑制变 压器内绝缘老化，研究绝缘性能更高、热老化特性更好的变压器油迫在眉睫。 目前，国际上己将纳米技术广泛应用于微纳电子工艺、强化传热和表面 处理等多个研究和工业应用领域［2-4］,并提出了纳米流体的概念。所谓纳米流体 通常是指粒径小于100 nm的纳米颗粒通过一定的分散方法分散到基液后形成稳 定的悬浮液，这里使用的纳米改性颗粒主要包括球形纳米颗粒、纳米棒和纳米管。 针对纳米流体的热导率研究表明［5,6］，在流体中添加纳米级固体颗粒后，与基液 相比其热导率得到了显著提高，从而提高了改性后流体的传热性能。纳米改性变 压器汕是将纳米流体的概念应用到变压器汕中，利用特定纳米改性颗粒对变压器 进行改性而得到的新型变压器汕，纳米改性变压器也属于纳米流体范畴，特征是 其基液为绝缘和散热性能均要求较高的变压器油。 0前，国内外针对纳米改性变压器油的研宄在近几年才刚刚开始起步， 己经开展的研宄主要还是纳米改性变压器汕的热导特性研宄，针对纳米改性变压 器油的击穿特性、纳米改性后变压器油中流注的发展等开展了少量研究。在国内 开展纳米变压器汕的系统研宄更少。文［7,8】研究了么1203、AIN纳米变压器油的 制备方法和传热特性，结果显示改性后的变压器汕热导率得到了有效提高；文 ［9,10］研究了基于纳米改性变压器油在交流、直流、雷电冲击下的破坏特性和局 部放电起始电压，结果表明纳米改性后的变压器汕在较大间隙下的交直流击穿电 压和局部放电起始电压均得到了提高，且雷击冲击条件下的伏秒特性也得到了很 好的改善；文［11】研究了纳米改性变压器油中流注的形成及其发展过程，分析了 纳米粒子对流注发展的影响，并建立了相砬的流注发展模型，分析结果表明，纳 米改性后的变压器汕对流注的发展起到了有效的抑制作用；文［13］研究了纳米改 性变压器油在高电场强度情况下的介电性能和油纸绝缘性能，发现纳米改性改性 变压器汕的介电性能并没有明显恶化，并提高了汕纸复合绝缘系统的绝缘性能; 文［14］研究了纳米改性变压器汕的流变性能，发现改性后的磁性纳米流体流变性 能良好。 然而，要使添加纳米粒子的变压器汕得到推广应用，材料体系的选择还 需要进一步探索，纳米改性变压器油本身的特性还需要进一步分析表征，因此， 本文测量和分析SiO2纳米改性变压器油的电导率和击穿特性，进一步分析纳米 改性对变压器汕关键特性的影响。 SiO2纳米改性变压器油的制备 采用两步法将购买的SiO2纳米粒子分散到25#变压器油中制备出SiO2- 变压器基纳米流体。其中，纳米粒子从中国阿拉丁试剂公司购买，其纯度大于 99%,纳米粒子的平均粒径为15 nm.在制备的过程中，为了得到稳定性较高的纳 米改性变压器汕，首先将购买的纳米粉体溶解在乙醇溶剂中，然后采用碾磨和超 声等方法使团聚体分散，最好将经过离心和干燥后的纳米粒子通过超声分散到变 压器油中制备出SiO2纳米改性变压器油。考虑到电学性能的测量，分散过程中 没有添加任何表面改性剂。 图1为SiO2纳米粒子的扫描电镜照片(SEM, jEOL7100FJSM)。由图1可 知，外购的纳米颗粒在没冇处理的情况下，其分散性较差，颗粒与颗粒之间闭聚 比较严重，外观呈现出纳米粉体聚集状，因此，为了得到稳定的纳米改性变压器 汕，对购买的纳米粉体进行预处理是十分必要的。 图2为体积分数为0.5%SiO2纳米改性变压器油的外观放人图。由图2 可知，改性后变压器汕中存在气泡，这主要是由于SiO2纳米粒子的比表面积较 大，变压器汕