探析纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的多维影响.docxVIP

探析纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的多维影响

一、引言

1.1研究背景与意义

在现代电力系统中，油纸绝缘作为电力设备的关键组成部分，广泛应用于变压器、电抗器等重要设备中。它由绝缘油和纤维素纸（或纸板）组成，两者协同作用，为设备提供了可靠的电气绝缘和机械支撑。绝缘油具有良好的电气绝缘性能、冷却和灭弧能力，而纤维素纸则凭借其较高的电气强度和机械性能，在设备内部构成主要的绝缘结构。这种组合使得油纸绝缘在电力设备中发挥着不可替代的作用，其性能的优劣直接关系到电力设备的运行效率、使用寿命和电力系统的安全稳定运行。

然而，随着电力设备运行时间的增长，油纸绝缘中的纸板不可避免地会发生老化。纸板老化是一个复杂的过程，受到电场、温度、水分、氧气等多种因素的综合影响。在长期运行过程中，纸板的分子结构逐渐发生变化，导致其物理和化学性能下降。传统观点认为，老化主要影响绝缘纸板的机械性能，对其电气性能的影响不大。但是，近年来在运行年限较长的变压器中发现了较多的油、纸板交界面的爬电现象。当纸板老化后，其表面和内部的微观结构发生改变，例如纤维间的结合力减弱、孔隙增多等，这可能导致沿面爬电特性发生显著变化，如沿面闪络电压降低、爬电距离缩短等，从而大大增加了电力设备发生故障的风险，严重时甚至可能引发火灾或爆炸等安全事故，造成巨大的经济损失和社会影响。因此，深入研究纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的影响，对于准确评估电力设备的绝缘状态、预测设备故障、保障电力系统的安全稳定运行具有重要的现实意义。

1.2国内外研究现状

国内外学者针对纸板老化和油纸绝缘沿面爬电特性开展了大量研究。在纸板老化方面，研究主要集中在老化机理和老化特征量的提取。通过对油纸绝缘材料的老化机理进行分析，发现温度、水分、氧气等因素会加速纸板的老化进程，导致纤维素分子链断裂、聚合度降低等化学变化，同时伴随着机械性能下降、孔隙率增加等物理变化。在老化特征量提取方面，学者们提出了多种方法，如检测绝缘油中的糠醛含量、测量纸板的聚合度、分析介电响应特性等，以判断绝缘系统的老化程度。

在油纸绝缘沿面爬电特性研究方面，研究内容涵盖了沿面放电的物理过程、影响因素以及检测与诊断方法。通过实验和仿真手段，深入研究了沿面放电的起始、发展和击穿过程，揭示了电场分布、湿度、污秽等因素对沿面爬电特性的影响规律。在检测与诊断方面，发展了脉冲电流法、特高频法、超声波法等多种局部放电检测技术，用于监测油纸绝缘沿面放电的发生和发展。

然而，当前研究仍存在一些不足与空白。一方面，对于纸板老化与油纸绝缘沿面爬电特性之间的内在联系，尚未形成系统深入的认识，缺乏全面考虑纸板老化多种因素对沿面爬电特性综合影响的研究。另一方面，在实际应用中，现有的检测与诊断方法在准确性、可靠性和实时性等方面仍有待提高，难以满足电力设备日益增长的运维需求。

1.3研究目标与内容

本研究旨在深入探究纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的影响，建立两者之间的内在联系，为电力设备的绝缘状态评估和故障预测提供理论依据和技术支持。具体研究内容包括：

纸板老化特性研究：采用加速热老化、湿热老化等方法，制备不同老化程度的绝缘纸板，分析老化过程中纸板的化学结构变化（如纤维素分子链断裂、聚合度变化）、物理性能变化（如机械性能、孔隙率、吸水性）以及微观结构变化（如纤维形态、孔隙分布），提取能够有效表征纸板老化程度的特征量。

油纸绝缘沿面爬电特性研究：搭建油纸绝缘沿面爬电试验平台，研究不同老化程度纸板的沿面爬电过程，包括沿面放电的起始电压、发展过程、放电形式以及击穿电压等特性，分析纸板老化对沿面爬电特性的影响规律。

影响机理研究：从微观层面深入探讨纸板老化影响油纸绝缘沿面爬电特性的内在机理，分析纸板老化导致的微观结构变化、界面特性改变以及电荷传输特性变化等因素对沿面放电起始、发展和击穿过程的影响机制。

检测与评估方法研究：基于上述研究结果，结合现有的局部放电检测技术和信号处理方法，探索能够有效检测和评估纸板老化状态下油纸绝缘沿面爬电特性的新方法，提高检测的准确性和可靠性。

1.4研究方法与技术路线

本研究综合采用实验研究、理论分析和数值模拟等方法，全面深入地开展纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性影响的研究。

实验研究方面，通过设计并开展加速热老化、湿热老化等老化实验，制备不同老化程度的绝缘纸板；搭建油纸绝缘沿面爬电试验平台，模拟实际运行工况下的电场条件，对不同老化程度纸板的沿面爬电特性进行实验测试，获取沿面放电的起始电压、发展过程、放电量、击穿电压等关键数据。

理论分析方面，运用材料科学、电介质物理等相关理论，深入分析纸板老化过程中的化学结构变化、物理性能变化以及微观结构变化的内在机制；从电场分布、电荷传输、放电物理过程等角度，探讨纸板老化对油纸绝缘沿面爬电特性的影响机理。

数值模拟