首页> 中文学位 >抗老化中链脂肪酸三酯绝缘油的击穿及流注放电研究
【6h】

抗老化中链脂肪酸三酯绝缘油的击穿及流注放电研究

代理获取

目录

1 绪 论

1.1 研究背景和意义

1.2 植物油基绝缘油理化性能提升方法

1.2.1 植物油基绝缘油抗老化能力提升方法

1.2.2 植物油基绝缘油的粘度改性方法

1.3 植物油基绝缘油放电特性研究现状

1.4 本文研究内容

2 中链脂肪酸三酯绝缘油的制备

2.1 概述

2.2 中链脂肪酸三酯绝缘油的合成方法

2.2.1 试验及测试方法

2.2.2 中链脂肪酸三酯绝缘油制备工艺的优化

2.2.3 中链脂肪酸三酯绝缘油的提纯

2.3 中链脂肪酸三酯基本理化性能

2.3.1 中链脂肪酸三酯绝缘油结构表征

2.3.2 理化特性测试及分析

2.4 中链脂肪酸三酯绝缘油的降解特性

2.4.1 试验方法

2.4.2 中链脂肪酸三酯绝缘油的降解率

2.5 小结

3 中链脂肪酸三酯绝缘油的抗老化特性

3.1 概述

3.2 加速热老化试验

3.2.1 试验材料及方法

3.2.2 性能参数及测试方法

3.3 试验结果分析

3.3.1 水分及酸值

3.3.2 粘度

3.3.3 介电性能及工频击穿

3.4 中链脂肪酸三酯绝缘油老化过程分子动力学模拟

3.4.1 分子模型构建与模拟方法

3.4.2 自由体积分数与氧扩散系数

3.4.3 热氧反应动力学模拟结果分析

3.5 小结

4 中链脂肪酸三酯绝缘油的击穿及流注放电特性

4.1 概述

4.2 中链脂肪酸三酯绝缘油的工频击穿特性

4.2.1 试验测试方法

4.2.2 中链脂肪酸三酯绝缘油的工频击穿特性

4.3 中链脂肪酸三酯绝缘油的雷电冲击放电特性

4.3.1 试验测试方法

4.3.2 雷电冲击击穿电压

4.3.3 流注放电动态过程

4.3.4 流注放电形态特征

4.3.5 流注放电停止长度变化

4.4 小结

5 中链脂肪酸三酯分子电特性对击穿及流注放电的影响

5.1 概述

5.2 分子模型构建及计算方法

5.2.1 分子模型构建

5.2.2 计算方法

5.3 碳碳双键对分子电离能与电子亲和势的影响

5.4 β-氢及分子链长对分子电离能和电子亲和势的影响

5.5 电离能分布规律

5.6 中链脂肪酸三酯绝缘油分子电特性与流注放电的关联规律

5.6.1 分子电特性对雷电击穿的影响规律

5.6.2 二次反流注产生机理

5.6.3 中链脂肪酸三酯绝缘油中的快速流注产生机理

5.7 小结

6 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

附 录

A. 作者在攻读博士学位期间发表的学术论文

B. 作者在攻读博士学位期间申请的专利

C. 作者在攻读博士学位期间参与的科研课题

D. 学位论文数据集

致 谢

展开▼

摘要

植物油基绝缘油(如FR3?绝缘油)是一种高燃点、易生物降解的新型液体电介质。在油纸绝缘体系中,它能够有效延缓绝缘纸老化,显著提高变压器等充油电力设备的过载能力和安全运行水平,尤其适合应用于水力发电、海上风电、现代都市、机车牵引等对安全和环保要求高的领域。植物油基绝缘油目前已在配电变压器中获得良好应用,并逐步应用于更高电压等级的电力变压器。然而,植物油基绝缘油易老化、粘度较高、雷电击穿电压较低,严重阻碍了其在高电压大容量变压器中的应用。因此,研制出一种抗老化、燃点高、低粘度的植物油基绝缘油,对安全环保型变压器的研发及应用具有重要的学术意义及工程应用价值。本文采用源自木本植物的饱和中链脂肪酸和三羟甲基丙烷成功制备了一种粘度低、倾点低、燃点高、抗老化能力强的中链脂肪酸三酯新型绝缘油(MTT)。在油纸绝缘系统中,试验研究了MTT绝缘油的抗老化能力,并基于ReaxFF(ReactiveForce-Field)反应力场阐述了该绝缘油的抗老化机理;开展了MTT绝缘油的击穿及流注放电特性的系统研究,利用密度泛函方法计算了MTT绝缘油的分子电特性(电离能和电子亲和势),获得了分子电特性与击穿和流注放电行为间的关联规律。  ①成功制备了新型MTT绝缘油。以中链饱和脂肪酸和三羟甲基丙烷为基础原料,成功制备了MTT绝缘油,研究了催化剂种类和用量、反应温度和酸醇摩尔比等关键工艺参数对MTT绝缘油产率的影响,获得了最佳工艺参数。对比研究MTT与FR3绝缘油的基本理化特性表明:MTT绝缘油燃点高达298℃,并且在变压器运行温度下,其粘度仅约FR3绝缘油的1/2。此外,MTT绝缘油的倾点低至-45℃(显著低于FR3油的-21℃)。MTT油的介电常数与绝缘纸的介电常数更为接近,有望实现更佳的油纸绝缘配合。依据经合组织制定的国际OECD301B测试标准,获得MTT绝缘油的28天降解率为82.2%,结果表明,该新型绝缘油属于易生物降解油。  ②MTT绝缘油具有优异的抗老化能力。在相同老化条件下,对比研究了MTT和FR3两种绝缘油的水分、酸值、粘度和绝缘性能等参数的变化规律,结果表明:MTT绝缘油的抗老化能力较强,其绝缘性能衰退相对较缓慢,老化过程中的油中水分和酸值均显著低于FR3油的相应值。基于ReaxFF反应力场模拟的MTT和FR3绝缘油的热氧反应过程,从微观层面揭示了MTT绝缘油具有较高抗老化能力的机理是:(1)MTT油分子中C?O键的断键过程需要高解离能导致了该类油分子的一级反应活化能比FR3油的甘油三酸酯分子高约一倍;(2)MTT油分子氧化分解过程产物中的活性位点较少,难以触发加速老化的链式反应。此外,在热氧反应后期,由于FR3油中的甘油三酸酯分子热氧反应生成的多羟基化合物发生分子间脱水缩合生成了大分子聚合产物,因此,FR3绝缘油的粘度在老化过程中不断上升。而MTT油几乎不发生分子间脱水缩合反应,因此,其粘度在老化过程中几乎保持不变。  ③揭示了MTT绝缘油的击穿和流注放电特性。试验研究了MTT绝缘油的工频击穿特性,发现水分对MTT绝缘油的工频击穿电压影响不明显,击穿电压(73.2kV)水平可满足超高压大型电力变压器应用需求。通过高速观测平台研究了MTT绝缘油在雷电冲击电压下流注的起始、传播及击穿过程。结果表明:在正极性下,MTT油、FR3油和矿物油的击穿电压相当,流注形态细且长。MTT和FR3绝缘油的负极性雷电击穿电压相近,但均低于矿物油;同时,MTT和FR3绝缘油中流注倾向于轴向发展,而矿物油中流注倾向于径向发展。基于密度泛函理论(DFT)方法的计算结果表明:MTT和FR3绝缘油中的酯基在放电过程中会产生电负性很高的含氧自由基,其捕获电子后形成的空间电荷增加了靠近板电极处的电场强度,因而促进负极性流注快速向前发展。  ④研究了MTT绝缘油的分子电特性对其击穿和流注放电行为的影响。基于密度泛函理论(DFT)方法计算研究了典型官能团(C=C,酯基、?-氢)和分子链长对MTT和FR3绝缘油分子的电离能与电子亲和势的影响规律。结果表明,MTT和FR3绝缘油分子的电离能主要取决于C=C和分子链长,而分子的电子亲和势则主要取决于酯基。计算得到的MTT绝缘油、FR3绝缘油和矿物绝缘油分子的电离能分布结果,揭示了分子结构对快速流注形成和雷电击穿电压的影响机理:MTT和FR3绝缘油分子中的酯基是这两类酯基绝缘油长油隙正极性雷电击穿电压较低的主要影响因素,这是因为酯基能够吸引更多电子碰撞而推动流注从慢速到快速的模式演变,而C=C和?-氢并不具有此影响行为。

著录项

相似文献

  • 中文文献
  • 外文文献
  • 专利
代理获取

客服邮箱:kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备:11010802029741号 ICP备案号:京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有
  • 客服微信

  • 服务号